UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE - UNESC
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS DA SAÚDE – PPGCS
DAIANE DE BITTENCOURT FRAGA
AVALIAÇÃO COMPORTAMENTAL E BÍOQUÍMICA DE ANIMAIS
EXPOSTOS CRONICAMENTE À FUMAÇA DE CIGARRO DURANTE
O PERÍODO PRÉ-NATAL: IMPLICAÇÕES NA ESQUIZOFRENIA
CRICIÚMA, AGOSTO DE 2011
DAIANE DE BITTENCOURT FRAGA
AVALIAÇÃO COMPORTAMENTAL E BÍOQUÍMICA DE ANIMAIS
EXPOSTOS CRONICAMENTE À FUMAÇA DE CIGARRO DURANTE
O PERÍODO PRÉ-NATAL: IMPLICAÇÕES NA ESQUIZOFRENIA
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de
Pós-Graduação em Ciências da Saúde da Universidade
do Extremo Sul Catarinense para obtenção do título de
Mestre em Ciências da Saúde.
Orientadora: Profa Dra. Alexandra Ioppi Zugno
Co-orientador: Prof. Dr. João Quevedo
CRICIÚMA, AGOSTO DE 2011
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação
F811a
Fraga, Daiane de Bittencourt.
Avaliação comportamental e bioquímica de animais expostos
cronicamente à fumaça de cigarro durante o período pré-natal:
implicações na esquizofrenia / Daiane de Bittencourt Fraga;
orientadora: Alexandra Ioppi Zugno, Co-orientador: João
Quevedo. – Criciúma : Ed. do Autor, 2011.
97 f. : il. ; 30 cm.
Dissertação (Mestrado) - Universidade do Extremo Sul
Catarinense, Programa de Pós-Graduação em Ciências da
Saúde, Criciúma, 2011.
1. Esquizofrenia. 2. Estresse oxidativo. 3. Fumaça de
cigarro. 4. Colinesterases. I. Título.
CDD. 21ª ed. 616.8982
Bibliotecária Rosângela Westrupp – CRB 364/14ª Biblioteca Central Prof. Eurico Back - UNESC
3
4
Aos meus pais, Fernando e Rosinete, com a mais
profunda e sempre insuficiente gratidão. Amo
muito vocês!
5
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais (Fernando e Rosinete) pelo amor incondicional e esforços infinitos,
ao meu irmão (Danilo) pela preocupação e amor prestados a mim. Amo vocês infinitamente.
Ao Felipe Moraes Engelkes, pela paciência nos dias difíceis, incentivo constante e
por fazer parte da minha vida. Te amo.
À professora Alexandra, pela oportunidade, amizade e confiança em mim
depositada. Pelo incentivo e orientação neste trabalho. Muitíssimo obrigada!
Aos professores João e Renan, pela pronta disponibilidade em ajudar a confecção
desta dissertação e pelas sempre inteligentes observações.
Ao professor Emílio, pelo incentivo e iniciação à pesquisa.
Aos meus queridos amigos e colaboradores: Fernando, Mariana, Pedro e Renata,
por transmitirem o amor à pesquisa, não medirem esforços, incentivos, conselhos e dedicação
prestados a mim e a todos, obrigada pelos gestos de carinho e descontração.
À minha amiga Fernanda Consenso, por ser aquela pessoa que entra na nossa vida
e simplesmente permanece por anos, com puro sentimento de amizade e companheirismo.
Aos integrantes do Neurolab e do Fisiopat - UNESC, em especial: Amanda
Steckert, Samira Valvassori, Camila Arent, Gislaine Réus, Franciele Mina e Cinara Ludvig
pela amizade, momentos de descontração e companheirismo.
Aos órgãos de fomento (FAPESC e UNESC), pela concessão da bolsa de estudos
e pelo auxílio financeiro necessário a execução dos experimentos que compõem esta
dissertação.
A Deus, meu tudo.
E finalmente, a todos que tornaram este estudo possível, os meus mais sinceros
agradecimentos!
6
“Jamais considere seus estudos como uma
obrigação, mas como uma oportunidade invejável
para conhecer a influência libertadora da beleza
do reino do espírito, para seu prazer pessoal e
para proveito da comunidade à qual seu futuro
trabalho pertencer.”
(Albert Einstein)
7
RESUMO
A esquizofrenia é um transtorno extremamente debilitante que pode ser desencadeada por
dois fatores: a hereditariedade e a influência ambiental. A hipótese do neurodesenvolvimento
da esquizofrenia sugere que insultos ambientais durante o período pré-natal e pós-natal podem
contribuir para o aparecimento deste transtorno na idade adulta. O objetivo deste estudo foi
investigar o efeito da exposição crônica da fumaça de cigarro no período pré-natal (EFCP)
sobre parâmetro comportamental e parâmetros bioquímicos em ratos da prole adulta
submetidos ao modelo animal de esquizofrenia. Ratas Wistar, prenhas, foram expostas à
fumaça de 12 cigarros comerciais por dia, por um período de 28 dias. Ratos machos adultos
desta prole (60 dias de idade) foram submetidos ao modelo animal de esquizofrenia por
administração aguda de diferentes doses de cetamina (5mg/kg, 15mg/kg e 25mg/kg), em
seguida foi analisada a atividade locomotora, atividade das enzimas colinesterases –
acetilcolinesterase (AChE) e butirilcolinesterase (BChE), dano oxidativo em lipídios e
proteínas e a integridade do DNA de estruturas cerebrais e soro. A atividade locomotora foi
avaliada usando o teste de campo aberto. A atividade das enzimas colinesterases foi
monitorada espectrofotometricamente por hidrólise de acetilcolina. Para determinar o dano
oxidativo em lipídios foi mensurada a formação de espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico e
para determinar o dano oxidativo em proteínas foi mensurada a formação de grupamentos
carbonila. O dano no DNA foi avaliado por teste cometa. Os resultados deste estudo
mostraram que tanto a administração de cetamina quanto a EFCP provocaram aumento na
atividade locomotora. Foi observado que após 15 minutos de avaliação a atividade locomotora
tende a normalizar, sugere-se que um mecanismo subjetivo neuroprotetor ocorreu após 15
minutos da última administração de cetamina em resposta a EFCP. Os resultados mostraram
ainda que ambos, a EFCP e a administração de diferentes doses de cetamina aumentaram a
atividade das enzimas colinesterases em todas as estruturas cerebrais (córtex pré-frontal,
hipocampo, estriado e amígdala) e também no soro. Os resultados mostraram que ratos EFCP
e submetidos a doses agudas de cetamina apresentaram um aumento na peroxidação lipídica e
na carbonilação de proteínas, além de dano no DNA na idade adulta. O fumo na gestação
provoca eventos moleculares que não são completamente compreendidos e podem resultar em
respostas anormais comportamentais encontradas nos transtornos psiquiátricos, tal como a
esquizofrenia.
Palavras-chave: fumaça de cigarro; receptor NMDA; estresse oxidativo; colinesterases; dano
em DNA; esquizofrenia.
8
ABSTRACT
Schizophrenia is an extremely debilitating heterogeneous disorder that can be triggered by
two factors: heredity and environmental influences. The environmental hypothesis of the
schizophrenia suggests that environment insults during the prenatal or postnatal periods can
contribute to development this disease in adult age. The objective of this study was to
investigate the effects of prenatal cigarette smoke exposure (PCSE) in behavioral and
biochemical parameters in adult offspring rats subjects to animal model of schizophrenia.
Pregnant female Wistar rats were exposed to 12 commercially filtered cigarettes per day,
daily for a period of 28 days. Male adult offspring rats (60 days old) were subjected to an
animal model of schizophrenia by acute administration of different doses of ketamine
(5mg/kg, 15mg/kg and 25mg/kg) and subsequently we evaluated motor activity,
cholinesterases levels – acetylcholinesterase (AChE) and butyrylcholinesterase (BChE),
oxidative damage and DNA integrity of brain structures and serum. Motor activity was
assessed using the open field task. Cholinesterase levels were monitored
spectrophotometrically by acetylcholine hydrolysis. To determine oxidative damage in the
lipids, we measured thiobarbituric acid reactive species (TBARS) formation and the oxidative
damage to the proteins was assessed by the determination of carbonyl groups content. DNA
damage was evaluated using the comet assay. Results showed that both PCSE and ketamine
administration in the offspring lead to increased motor activity that was normalized 15
minutes after ketamine administration suggesting a subjective neuroprotective mechanism
occurs in response to PCSE. Results also showed that both PCSE and ketamine administration
increased the cholinesterases activity in all structures (prefrontal cortex, hipocamppus,
striatum and amygdala) and serum. Furthermore, PCSE rats presented an increase of lipidic
peroxidation, carbonyl groups and DNA damage in the adult age, while animals submitted at
acute doses of ketamine also presented an increase of the lipid peroxidation and carbonyl
protein. Smoking in pregnancy provokes molecular events that are not yet completely known
and may result in behavioral abnormal responses founded in neuropsychiatric disorders, such
as schizophrenia.
Palavras-chave: cigarette smoke; receptor NMDA; oxidative stress; cholinesterases; DNA
damage; schizophrenia.
9
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 .............................................................................................................................. 42
Figura 2 .............................................................................................................................. 43
10
LISTA DE ABREVIATURAS
ACh – Acetilcolina
AChE – Acetilcolinesterase
BChE - Butirilcolinesterase
CAT – Catalase
DA – Dopamina
DAT – Transportador de dopamina
DNA – Ácido Desoxirribonucléico
EFCP – Exposição da fumaça de cigarro pré-natal
EROs – Espécies Reativas de Oxigênio
GABA - Ácido gama-amino-butírico
GLU – Glutamato
INSS – Instituto Nacional do Seguro Social
MAO – Monoamina oxidase
MDA – Malondialdeído
nAChR – receptor colinérgico nicotínico
NMDA – N-metil-D-aspartato
RL – Radicais livres
SOD – Superóxido Dismutase
TBARS – Substâncias Reativas ao Ácido Tiobarbitúrico
11
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 12
1.1 Esquizofrenia ................................................................................................................ 12
1.2 Hipótese do neurodesenvolvimento na esquizofrenia ................................................. 15
1.2.1 A exposição da fumaça de cigarro na gestação como um fator de risco para a
esquizofrenia ...................................................................................................................... 17
1.2.1.1 Sistema colinérgico e a exposição da fumaça de cigarro na gestação ................... 18
1.2.1.2 Dano oxidativo, genotoxicidade e a exposição da fumaça de cigarro na gestação 19
2 OBJETIVOS ................................................................................................................... 22
2.1 Objetivo Geral .............................................................................................................. 22
2.2 Objetivos Específicos.................................................................................................... 22
3 RESULTADOS ............................................................................................................... 23
3.1 Artigo científico: Chronic exposure to cigarette smoke during gestation produces
alterations in cholinesterases enzymes activity and behavior deficit in adult offspring rats:
potential relevance to schizophrenia. ................................................................................... 23
3.2 Artigo científico: Prenatal exposure to cigarette smoke causes persistent changes in the
oxidative balance and in DNA structural integrity in rats submitted to animal model of
schizophrenia ....................................................................................................................... 47
4 DISCUSSÃO ................................................................................................................... 55
REFERÊNCIAS ................................................................................................................. 65
12
1 INTRODUÇÃO
1.1 Esquizofrenia
A esquizofrenia é uma doença heterogênea extremamente debilitante, que pode ser
desencadeada por dois fatores, a hereditariedade e a influência ambiental (van Os et al.,
2010). O histórico deste transtorno é relativamente longo, tendo sido inicialmente
denominado como “dementia praecox” por Emil Kraepelin, e posteriormente esquizofrenia
por Eugen Bleuler. Possui uma longa história de tentativas de sistematização diagnóstica o
que se deve à complexa natureza dos sintomas (Elkis, 1999). Messias e colaboradores (2007)
demonstraram que a prevalência desse transtorno é cerca de 1% da população geral e a
incidência é de 0,20/1000/ano, isso corresponde a uma ocupação de 25% dos leitos
hospitalares psiquiátricos, podendo gerar um custo financeiro alto, em torno de 10 bilhões de
dólares/ano. No Brasil, estudos apontam que a esquizofrenia ocupa a quinta posição entre as
causas mais frequentes de auxílio-doença pelo Instituto Nacional do Seguro Social (INSS)
(Lara et al., 2004). Qin (2011) acrescenta que o suicídio após 35 anos de idade é a causa mais
freqüente de morte de pacientes esquizofrênicos. A taxa de suicídio é de 7,6% para o sexo
masculino e 8,9% para o sexo feminino, podendo ser agravada pelas condições financeiras
precárias que dificultarão a adesão a um tratamento precoce.
Tipicamente, os sintomas psicóticos da esquizofrenia são divididos em três principais
categorias, nomeados em sintomas positivos, negativos e cognitivos. Os sintomas positivos
são caracterizados por alucinações visuais e auditivas, delírios e paranóia. Por sua vez, os
sintomas negativos incluem o retraimento social, apatia e anedonia (Kay et al., 1987).
Finalmente, os sintomas cognitivos são caracterizados por distúrbios nas funções executivas,
deficiência de memória e incapacidade de manter a atenção (Nuechterlein et al., 2008). Os
sintomas costumam surgir no final da adolescência ou início da vida adulta, porém variam de
13
indivíduo a indivíduo, alguns evoluem de forma progressiva para a cronicidade, outros podem
apresentar exacerbações durante o curso da doença. Contudo, nenhum sintoma isolado é
patognomônico da esquizofrenia; o diagnóstico baseia-se no aparecimento de sinais e
sintomas associados ao prejuízo no funcionamento ocupacional ou social (APA, 1994).
Atualmente, os principais critérios de diagnóstico utilizados são o CID-10 e o DSM-IV (Lara
et al., 2004).
Estudos recentes sugerem alterações multifatoriais neurobiológicas na fisiopatologia da
esquizofrenia, que ocorre com uma disfunção coletiva de alguns neurotransmissores, sendo os
principais, a dopamina (DA), o glutamato (GLU), o ácido gama-amino-butírico (GABA) e a
acetilcolina (ACh), que resultam em anormalidades nas funções córtico-basais provocando o
aparecimento dos sintomas positivos, negativos e cognitivos (Rogers et al., 2011; Tost &
Meyer-Lindenberg, 2011).
Uma das primeiras teorias propostas para explicar a fisiopatologia da esquizofrenia foi a
teoria hiperdopaminérgica, ou seja, o excesso de DA encontrado em algumas regiões
cerebrais seria responsável por desencadear os sintomas positivos do transtorno (Snyder 1976;
Seeman 1987). Essa teoria foi fortificada pelo fato de que os primeiros antipsicóticos,
antagonistas dopaminérgicos, foram eficazes no tratamento dos sintomas positivos
corroborados à capacidade de agonistas dopaminérgicos (por exemplo, as anfetaminas)
desencadearem tanto em modelos animais (De La Casa et al., 1993; Glenthoj et al., 1993)
quanto em humanos (Akiyama et al., 1994; Walkin et al., 1994) alterações comportamentais
que simulam a sintomatologia positiva do transtorno.
Estudos posteriores apontaram o importante papel da interação entre o GLU e a DA na
fisiopatologia da esquizofrenia e indicam que o excesso de DA presente no transtorno seria
secundário à hipofunção dos receptores glutamatérgicos do tipo N-metil-D-aspartato (NMDA)
(Moore et al., 1999; Carfagno et al., 2000). Por sua vez, o sistema glutamatérgico atua como
um controlador cortical da liberação de monoaminas, seja por um estímulo positivo através de
14
neurônios glutamatérgicos ou através de neurônios GABAérgicos, usados como freio,
utilizando parcialmente vias de feedback do estriado e do tálamo (Carlsson et al., 2001).
O tratamento da esquizofrenia disponível atualmente é apenas parcialmente bem sucedido
e, portanto, o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas é claramente justificado. É
reconhecido que todas as medicações com propriedades antipsicóticas possuem algum nível
de antagonismo dos receptores dopaminérgicos do tipo D2, levando a crer que a fisiopatologia
da esquizofrenia se explicaria no sistema dopaminérgico; porém, logo foi visto que este
sistema não poderia explicar todo o espectro da esquizofrenia. Isto porque, com o aumento do
tempo de uso das medicações antipsicóticas, observou-se que estas eram bastante efetivas
para o tratamento dos sintomas positivos, mas não dos negativos e cognitivos (que poderiam,
inclusive, ser piorados por estas medicações em algumas situações) (Meyer, 2007; Nikam &
Awasthi, 2008).
Existem duas categorias de antipsicóticos: típicos e atípicos. Sabe-se que todos os
antipsicóticos típicos bloqueiam receptores dopaminérgicos D2, mas com diferentes graus de
afinidade (Talbot & Laruelle, 2002). No entanto, no final da década de 80, os antipsicóticos
atípicos tiveram maior atenção, pois pesquisadores observaram o envolvimento de outros
neurotransmissores além da DA, tais como a serotonina e o GLU, na fisiopatologia da
esquizofrenia (Iqbal & Van Praag, 1995). Evidências mostraram que os antipsicóticos atípicos
apresentam menor incidência de efeitos colaterais sobre a cognição e também quanto aos
efeitos colaterais motores comparados aos antipsicóticos típicos (Wannmacher et al., 2004;
Schooler et al., 2005). Considerando estes fatos, a escolha do antipsicótico levará em
consideração os efeitos colaterais apresentados, a eficácia e o custo financeiro.
Um estudo atual mostra que o desenvolvimento de modelos animais é uma importante
ferramenta para a compreensão de novos sistemas intracelulares que podem estar envolvidos
na esquizofrenia (Nestler & Hyman, 2010). Antagonistas do receptor do tipo NMDA, como a
fenciclidina e a cetamina, geralmente são usados para mimetizar um modelo animal de
15
esquizofrenia (Lahti et al., 1995; Stoet & Snyder, 2006; Gilmour et al., 2011). Estudos
indicam que dose sub-anestésica de cetamina é capaz de reproduzir os sintomas positivos,
negativos e cognitivos do transtorno, tanto em modelos animais (Becker et al., 2004;
Bubeníková-Valesová et al., 2008) quanto em humanos (Vollenweider et al., 2000; Moore et
al., 2011). Este modelo apresentou maior validação, recentemente, após a reversão do efeito
da cetamina com antipsicóticos, uma vez que os mesmos apresentaram eficácia contra as
alterações provocadas pelo bloqueio do receptor NMDA (Abekawa et al., 2008).
1.2 Hipótese do neurodesenvolvimento na esquizofrenia
Segundo a hipótese do neurodesenvolvimento, a etiologia da esquizofrenia pode
envolver processos patológicos, causados tanto por fatores genéticos quanto por fatores
ambientais, que começam durante o desenvolvimento cerebral, no período pré-natal, até o
momento em que o cérebro se aproxima do estado anatomo-fisiológico de um adulto
(Rapaport et al., 2005).
Estudos epidemiológicos mostram que dentre os principais modelos de transmissão
genética, o modelo poligênico, o qual a interação entre genes e fatores ambientais contribui
para o desenvolvimento do transtorno, parece ser o melhor modelo para atender as
características de transmissão da esquizofrenia (Cordeiro Jr, 2007). Para reforçar essa hipótese
levou-se em consideração alguns achados, por exemplo, a imensa maioria dos pacientes com
esquizofrenia tem pais não-afetados e também o risco para parentes desenvolverem a
esquizofrenia aumenta ou diminui dramaticamente de acordo com o grau de parentesco
(Prescott & Gottesman, 1993). Talvez o mais forte desses achados deriva-se de estudos em
gêmeos, demonstrando que a taxa de concordância de esquizofrenia para gêmeos
monozigóticos é de aproximadamente 45% a 60% e, em gêmeos dizigóticos, uma taxa de
10% a 15% (Pientelli et al., 1999). Este achado evidencia a participação de um componente
16
ambiental na etiopatogenia do transtorno, pois em doenças de caráter estritamente genético,
gêmeos monozigóticos apresentariam teoricamente em torno de 100% de chance de
desenvolver o mesmo transtorno, uma vez que a carga genética é praticamente idêntica de
ambos (Sullivan et al., 2003).
Deste modo, a ausência de resultados consistentes que apontam um fator genético
específico para a etiologia de alguns transtornos psiquiátricos levou muitos pesquisadores a
estudarem os fatores ambientais, o neurodesenvolvimento e sua correlação com as mudanças
na expressão gênica (Kopsida et al., 2010; Ptak & Petronis, 2010). Atualmente, o alvo de
estudos moleculares envolvendo os transtornos psiquiátricos é a epigenética, esta é sensível a
modificações ambientais que podem causar mudanças fenotípicas, transmitindo assim, a seus
descendentes (Machado-Vieira et al., 2010; Xu & Andreassi, 2010).
Considerando estes fatos, estudos sugerem fortemente que as exposições ambientais incluindo a exposição materna ao estresse (Lee et al., 2007), infecção e/ou ativação do sistema
imunológico (Boksa et al., 2008; Clarke et al., 2009), deficiências nutricionais (Brown &
Susser, 2008; Susser et al., 2008) e complicações obstétricas (Cannon et al., 2002; Haukvik et
al., 2009) - são potentes perturbadores do desenvolvimento cerebral que provocam o
aparecimento de distúrbios neuropsiquiátricos, inclusive dos sintomas característicos da
esquizofrenia. Estes sintomas foram encontrados em modelos animais (redução na interação
social e/ou reconhecimento de objetos e déficit no sistema sensório-motor) (Le pen et al.,
2000; Le pen & Moreau, 2002), e também em humanos (anormalidade na estrutura cortical e
baixo peso ao nascer, além de alterações nos sistemas neurotransmissores) (Foester et al.,
2001; Weinstock, 2001) tais achados tornaram-se evidentes após o período da puberdade que
seria o período mais propenso a episódios agudos deste transtorno. Contudo, a hipótese do
neurodesenvolvimento na esquizofrenia explica a evidência do indivíduo predisposto ao
quadro, porém, não consegue explicar como o transtorno inicia-se a partir dessa
susceptibilidade (Rapaport et al., 2005; Cordeiro Jr, 2007).
17
1.2.1 A exposição da fumaça de cigarro na gestação como um fator de risco para a
esquizofrenia
A fumaça de cigarro apresenta mais de 4.000 compostos bioativos, suficientes para
provocar alterações neuroquímicas irreversíveis, interferindo no desenvolvimento cerebral
fetal (Naeye, 1992). A nicotina, um dos principais componentes do fumo do tabaco, altera o
funcionamento de diferentes tipos de neurônios, assim, perturbando a comunicação entre eles
e, consequentemente, alterando as propriedades sinápticas (Mansvelder et al., 2009). Apesar
dos perigos conhecidos do fumo do cigarro, quase 11% das mulheres nos EUA relataram
fumar em algum momento da gravidez, dessas, 26% relataram fumar meio maço por dia
durante todo o período gestacional (Martin et al., 2005). Recentemente, estudos têm mostrado
que a exposição da nicotina no período gestacional gera alterações no desenvolvimento de
marcadores neuroquímicos de DA, resultando em alterações comportamentais, tais como, o
aumento da atividade locomotora e alterações no processo de aprendizagem (Azam et al.,
2007; Blood-Siegfried & Rende, 2010), predispondo o aparecimento dos sintomas da
esquizofrenia na idade adulta (Boutwell & Beaver, 2010).
O GLU, importante para a migração neuronal e sinaptogênese, também está alterado
na esquizofrenia (Moghaddam et al., 1997). Rodvelt e colaboradores (2008) observaram que o
bloqueio do receptor NMDA por administração de cetamina provocou hipersensibilidade a
nicotina no estriado. Além disso, os resultados deste estudo mostraram que a nicotina reforçou
o aumento na liberação de DA e que esta resposta foi mediada através do bloqueio de receptor
NMDA. Evidência indica que essas alterações neuroquímicas são acompanhadas por
manifestações comportamentais presentes em sujeitos adultos diagnosticados com
esquizofrenia (Martinez-Tellez et al., 2009).
18
Por outro lado, um estudo epidemiológico recente mostrou que a exposição do cigarro
durante o período pré-natal resultou em nenhuma associação com o desenvolvimento da
esquizofrenia na idade adulta, porém os autores afirmam que este estudo apresentou algumas
limitações tais como, o tamanho da amostra e a frequência do consumo do cigarro durante a
gravidez, acredita-se que esta não foi constante (Baghelin-Pinaud et al., 2010). A partir destes
achados, estudos identificaram a necessidade de saber se os efeitos da fumaça de cigarro no
período pré-natal são persistentes até a idade adulta e podem contribuir para alterações
neuroquímicas e comportamentais encontrados na esquizofrenia (Jacobsen et al., 2006; Heath
et al., 2010).
1.2.1.1 Sistema colinérgico e a exposição da fumaça de cigarro na gestação
Um estudo aponta que no período pré-natal as sinapses colinérgicas são imaturas e
silenciosas funcionalmente (Maggi et al., 2004). É provável que a facilitação de
neurotransmissores induzida por agonistas colinérgicos, por exemplo, a nicotina, possa ter um
efeito importante na interação entre o sistema colinérgico com o sistema glutamatérgico na
região mesocorticolímbica, e ainda, durante os diferentes estágios do desenvolvimento possa
alterar a interação entre o sistema colinérgico, glutamatérgico e dopaminérgico (Wonnacott et
al., 2006). É importante salientar que a interação entre o sistema colinérgico e dopaminérgico
apresenta uma significante função no controle da atividade e coordenação motora e no
aprendizado (Ohmura et al., 2011).
Poucos estudos examinaram o sistema colinérgico sob efeito da exposição à nicotina
no período pré-natal e correlacionaram este na idade adulta. Epollito e colaboradores (2010)
mostraram que modelos animais expostos cronicamente a nicotina no período pré-natal e pósnatal apresentaram alterações na regulação de receptores colinérgicos nicotínicos (nAChR) e
19
que esta permaneceu até a adolescência. De fato, o período de maior susceptibilidade aos
efeitos da nicotina se estende até a adolescência (Miao et al., 1998).
Importante para a regulação do sistema colinérgico, a acetilcolinesterase (AChE) e a
butirilcolinesterase (BChE) são enzimas regulatórias importantes que controlam a transmissão
do impulso nervoso através da sinapse colinérgica pela hidrólise e inativação da ACh. Soreq e
Seidman (2001) apontam que variantes estruturais da AChE estão amplamente distribuídas
por vários tecidos e participam nas funções de crescimento e adesão celular, neurogênese e
sinaptogênese. Em humanos, a atividade da AChE aumenta fisiologicamente no período pósnatal porém a atividade é estabilizada na adolescência (Mesulam & Geula, 1991).
Embora se conheça o papel da BChE na hidrólise de colina, a função fisiológica desta
enzima permanece desconhecida. Evidências sugerem que a BChE está relacionada à
condução nervosa lenta, à regulação dos níveis de ACh no plasma e à proteção da AChE
(Mack & Robitzki, 2000; Abreu-Villaça et al., 2011). Nota-se também que a BChE é muito
eficiente em hidrolisar ACh em altas concentrações o que contribui para a diferenciação
celular e o desenvolvimento embrionário (Geula & Nagykery, 2007).
Dada a importância dessas enzimas para a regulação do sistema colinérgico durante o
desenvolvimento cerebral, é de interesse investigar a atividade da AChE e BChE em ratos
adultos que foram submetidos a exposição da fumaça de cigarro no período gestacional. Além
disso, visto que o sistema colinérgico possa interagir com o sistema glutamatérgico, leva-se a
hipótese neste estudo que a exposição da fumaça de cigarro pré-natal (EFCP) poderia alterar
sintomas preexistentes em um modelo animal de esquizofrenia induzido por cetamina.
1.2.1.2 Dano oxidativo, genotoxicidade e a exposição da fumaça de cigarro na gestação
Alguns mecanismos moleculares, tais como o balanço oxidativo e a genotoxicidade,
são alterados pela interação entre genes e contaminantes ambientais e podem apresentar um
20
papel importante no aparecimento dos transtornos psiquiátricos (Roth et al., 2009). O estresse
oxidativo ocorre por consequência do aumento da formação de radicais livres (RL) ou pela
ineficiência do sistema de defesa antioxidante do organismo, ou ainda pela combinação de
ambas. Partindo da ideia de que o tecido cerebral é, em especial, suscetível ao ataque de
espécies reativas de oxigênio (EROs) (Halliwell, 1991), evidências indicam que o estresse
oxidativo contribui para a fisiopatologia da esquizofrenia (Pazvantoglu et al., 2009; Zhang et
al., 2009).
Estudos indicam que alterações no equilíbrio oxidativo começam durante a gestação
(Stathis et al., 1999; Kosecik et al., 2005). Para suportar essa hipótese, Zhao e Reece (2005)
mostraram que embriões expostos a nicotina durante a gestação apresentaram uma
superprodução de EROs ativando vias apoptóticas, resultando assim, em estresse oxidativo
celular. Um estudo em modelo animal mostrou que o feto submetido à exposição do cigarro
durante a gestação apresentou dano ao DNA e dano oxidativo (Maciag et al., 2003). A síntese
de DA é uma condição fisiológica bastante importante e que induz a formação de EROs no
sistema nervoso central (Grima et al., 2003; Hoffman et al., 2010). Neste contexto, autores
sugerem que alguns fatores ambientais, tais como o estresse gestacional, promoveriam uma
liberação constante de DA, aumentando as EROs e levando, consequentemente, à
lipoperoxidação progressiva em locais ricos em metabólitos reativos durante o
desenvolvimento (Maciag et al., 2003; Siddiqui et al., 2010). De fato, o aumento de EROs
promovem reações com substratos biológicos podendo ocasionar dano a cadeia do DNA. No
entanto, se a cadeia do DNA é quebrada, pode ser reconectada em outra posição e alterar a
ordem de suas bases (Barreiros et al., 2006).
Embora existam poucos dados sobre a genotoxicidade da fumaça do cigarro em
mulheres grávidas e seus recém-nascidos, Jalili e colaboradores (1998) apontaram que os
embriões são muito sensíveis à atividade genotóxica do fumo do cigarro, considerando um
aumento significativo de deleções de DNA encontrado em uma exposição única de 4 horas a
21
fumaça de cigarro. Considerando esses fatos, a hipótese deste estudo é que EFCP pode alterar
o equilíbrio oxidativo e provocar dano na estrutura do DNA, e estas anormalidades podem
permanecer até a idade adulta.
22
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral

Avaliar parâmetro comportamental e parâmetros bioquímicos de ratos Wistar expostos
cronicamente à fumaça de cigarro durante o período pré-natal e submetidos ao modelo
animal de esquizofrenia na idade adulta.
2.2 Objetivos Específicos

Avaliar a atividade locomotora de ratos expostos cronicamente à fumaça de cigarro
durante o período pré-natal e submetidos ao modelo animal de esquizofrenia na idade
adulta.

Avaliar a atividade das enzimas AChE e BuChE em estruturas cerebrais (córtex préfrontal, hipocampo, amígdala e estriado) e soro, respectivamente, em ratos expostos
cronicamente à fumaça de cigarro durante o período pré-natal e submetidos ao modelo
animal de esquizofrenia na idade adulta.

Avaliar o dano oxidativo em estruturas cerebrais (córtex pré-frontal, hipocampo e
estriado) de ratos Wistar expostos cronicamente à fumaça de cigarro durante o período
pré-natal e submetidos ao modelo animal de esquizofrenia na idade adulta.

Avaliar a integridade do DNA em sangue de ratos Wistar expostos cronicamente à
fumaça de cigarro durante o período pré-natal e submetidos ao modelo animal de
esquizofrenia na idade adulta.
23
3 RESULTADOS
3.1 Artigo científico: Chronic exposure to cigarette smoke during gestation produces
alterations in cholinesterases enzymes activity and behavior deficit in adult offspring rats:
potential relevance to schizophrenia.
CHRONIC EXPOSURE TO CIGARETTE SMOKE DURING GESTATION PRODUCES
ALTERATIONS IN CHOLINESTERASES ENZYMES ACTIVITY AND BEHAVIOR
DEFICIT
IN
ADULT
OFFSPRING
RATS:
POTENTIAL
RELEVANCE
TO
SCHIZOPHRENIA.
Daiane B. Fragaa, Renata D. De Lucaa, Fernando V. Ghedima, Pedro F. Derozaa, Andresa L.
Ciprianoa, Alexandre Silverioa, Renan P. Souzaa, João Quevedoa, Alexandra I. Zugnoa*
Artigo cientifico submetido para publicação no periódico Psychopharmacology, Junho de
2011.
24
Chronic exposure to cigarette smoke during gestation produces alterations in
cholinesterases enzymes activity and behavior deficit in adult offspring rats:
potential relevance to schizophrenia
Daiane B. Fragaa, Renata D. De Lucaa, Fernando V. Ghedima, Pedro F. Derozaa,
Andresa L. Ciprianoa, Alexandre Silverioa, Renan P. Souzaa, João Quevedo a, Alexandra I.
Zugnoa*
a
Laboratory of Neuroscience and National Institute for Translational Medicine (INCT-TM),
Postgraduate Program in Health Sciences, Health Sciences Unit, University of Sourthern
Santa Catarina, 88806-000 Criciúma, SC, Brazil
*Corresponding author:
Profa. Alexandra Ioppi Zugno, MD, PhD, Laboratório de Neurociências, Programa de PósGraduação em Ciências da Saúde, Unidade Acadêmica de Ciências da Saúde, Universidade
do Extremo Sul Catarinense 88806-000 Criciúma, SC, Brazil, Fax: +55 48 3431-2618, Email: [email protected].
25
Abstract
Rationale Prenatal exposure to cigarette smoke (PCSE) has been associated with
physiological and developmental changes which can be related to increased risk for childhood
and adult neuropsychiatric diseases.
Objectives The present study investigated the motor activity and the cholinesterases enzymes
activity in rats following PCSE and/or ketamine treatment in adult age.
Methods Pregnant female Wistar rats were exposed to 12 commercially filtered cigarettes per
day, daily for a period of 28 days. We evaluated the motor activity and cholinesterases levels
in brain and serum of male adult offspring rats subject to animal model of schizophrenia by
administration of acute subanaesthetic doses of ketamine (5mg/kg, 15mg/kg and 25mg/kg).
To determine motor activity we used the open field test. Cholinesterase levels were assessed
by hydrolysis monitored spectrophotometrically.
Results Our results show that both PCSE and ketamine treatment in the adult offspring lead to
increased motor activity. Similar increase was observed in the AChE and BChE activity in the
brain and serum, respectively. We found evidence that the NMDA-antagonist ketamine could
ameliorate subjective effects of PCSE is dose and time-dependent.
Conclusion These changes provoke molecular events that are not yet completely known and
may result in behavioral abnormal responses founded in neuropsychiatric disorders, such as
schizophrenia.
Keywords: pregnant smoking, acetylcholinesterase, butyrylcholinesterase, motor activity,
NMDA receptor, schizophrenia.
Abbreviations: AChE – acetylcholinesterase; BChE – butyrylcholinesterase; nAChR –
nicotinic acetylcholine receptor; NMDA – N-mehtyl-D-aspartate; PCSE – prenatal cigarette
smoke exposure.
26
Introduction
Schizophrenia is an extremely debilitating heterogeneous disorder that can be
triggered by two factors: heredity and environmental influences (van Os et al. 2010).
Symptoms of schizophrenia are classified as positive (hallucinations, delusions, psychomotor
agitation and distrust), negative (blunted affect, social isolation, lack of initiative, lack of
pleasure, impoverished speech) and disorganized symptoms (behavior, thought and affection
inappropriately). The absence of results that appointed a specific genetic factor to the etiology
of schizophrenia led researches to evaluate environmental factors. Studies have suggested that
environmental insults during the prenatal or perinatal periods, such as maternal exposure to
stress (Lee et al. 2007), infection and immune system activation (Boksa et al. 2008; Clarke et
al. 2009), nutritional deficiency (Brown and Susser 2008; Susser et al. 2008) and obstetric
complications (Cannon et al. 2002; Haukvik et al. 2009) increase schizophrenia risk in the
adult progeny. These exposures to environmental stresses result in the development of the
characteristic symptoms of schizophrenia in preclinical models (e.g. reduction in social
interaction and / or recognition of objects and a deficit in the sensorimotor system) (Le Pen et
al. 2000, Le Pen and Moreau 2002) and humans (e.g. abnormalities in cortical structure, low
birth weight and abnormalities in neurotransmitter systems) (Foester et al. 2001; Weinstock
2001). These symptoms usually become apparent after the onset of puberty, a period more
prone to acute episodes of illness.
Cigarette smoke (CS) contains thousands of bioactive compounds sufficient to
provoke irreversible neurochemical changes altering fetal cerebral development (Naeye
1992). Nicotine, one of the major components of the tobacco smoke, alters the functioning of
different types of neurons, thus perturbing baseline neuronal communication and interfering
with synaptic properties (Mansvelder et al. 2009). Apart from cholinergic neurons, nicotine
stimulates dopaminergic activity during brain development (Kleijn et al. 2011) which is
corroborated by the presence of functional nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) on
dopaminergic neurons during the fetal period (Azam et al. 2007). The dopamine-acetylcholine
interaction plays an essential role in spontaneous motor activity, movement coordination and
habit learning (Ohmura et al. 2011). The facilitation of neurotransmitter release induced by
CS during cerebral development also alters the functional interaction between cholinergic and
glutamatergic systems in the mesocorticolimbic regions and during different stages of
development leading to an imbalance between dopamine-acetylcholine-glutamate interactions
(Wonnacott et al. 2006). Dopamine-glutamate interactions also seem to have an important
27
role in the neurobiology of schizophrenia as indicated by studies using N-Methyl-D-Aspartate
(NMDA) receptor antagonists (Neill et al. 2010). Glutamatergic hypofunction in preclinical
models seems to mimic schizophrenia symptoms (e.g. hyperlocomotion, social interaction
impairment and cognitive deficits) (de Oliveira et al. 2011; Smith et al. 2011).
It has been suggested that prenatal exposure to CS (PCSE) induces long-term
behavioral and neurochemical abnormalities that occur in schizophrenia (Boutwell and
Beaver 2010; Schneider et al. 2011). However, a recent study showed no association between
prenatal tobacco exposure and schizophrenia symptoms in the adult age although this study
presented some limitations (e.g. small sample size) (Baguelin-Pinaud et al. 2010). In fact,
studies identified the need to research whether the effects of PCSE are persistent until adult
age and contribute to behavioral and neurochemical changes similar to symptoms of
schizophrenia (Heath et al. 2010; Jacobsen et al. 2006). The interaction between genes and
environmental factors such as nicotine exposure is undoubtedly complex. Recently, study
showed the involvement of the α7 nicotinic receptor gene (CHRNA7) with a potential gene for
impairment of working/episodic memory, a common endophenotype of schizophrenia
(Stefansson et al. 2008).
A detailed study showed that cholinergic synapses are immature and functionally
silent in the prenatal period (Maggi et al. 2004). Few studies have examined the cholinergic
system under the effect of nicotine exposure during the prenatal period and correlate this in
adulthood. Epollito and colleagues (2010) showed that animal models chronically exposed to
nicotine during the prenatal and postnatal periods presented changes in the regulation of
nAChR and that these effects remained until adolescence. In addition, the α7 nAChRs
activation by low doses of nicotine during the fetal period provoked apoptotic cell death of
primary hippocampal progenitor cells (Berger et al. 1998). Important for the function of
cholinergic system, both acetylcholinesterase (AChE) and butyrylcholinesterase (BChE) are
regulatory enzymes that control the transmission of nerve impulses across of the synapse and
cholinergic inactivation by hydrolysis of acetylcholine. Interestingly, AChE and BChE are
among the most valuable of diagnostic tools that can be used to verify exposure to chemical
agents (e.g. chlorpyrifos) (Shenouda et al. 2009). In addition, changes in the subunit
composition and stoichiometry of AChE by chronic nicotine can influence nAChR
desensitization, ligand affinity profiles and conductance (Miwa et al., 2011). Soreq and
Seidman (2001) indicated that structural variants of AChE are distributed in various tissues
and have functions involved in growth and cell adhesion, neurogenesis and synaptogenesis. In
humans, AChE activity physiologically increases in the postnatal period and stabilizes during
28
adolescence (Mesulam and Geula 1991). On other hand, BChE allows long-term survival
despite the complete lack of AChE and abnormally high levels of synaptic ACh (AbreuVillaça et al. 2011). Given the importance of the AChE and BChE for the cholinergic system
regulation in cerebral development, it is of interest to investigate the effect of PCSE under
these enzymes in adult offspring. Thus, we hypothesized that PCSE would alter preexisting
symptoms in the animal model of schizophrenia by administration of the NMDA receptor
antagonist.
Materials and Methods
Animals
All experimental procedures involving animals were performed in accordance with the
NIH Guide for the Care and Usage of Laboratory Animals and the Brazilian Society for
Neuroscience and Behavior (SBNeC) recommendations for animal care and with approval by
the local Ethics Committee in the usage of the Universidade do Extremo Sul Catarinense
(UNESC) under protocol number 48/2010. Pregnant female Wistar rats (3–4 months old,
250–280 g weight) were obtained from the local breeding colony and were individually
housed with sawdust bedding and ad libitum access to food and water.
Prenatal cigarette smoke exposure (PCSE)
Dams (pregnant females) were assigned randomly to one of the two treatment groups
(n=15 per group): 1) PCSE control (non exposed to CS) or 2) PCSE (rats were exposed to CS
throughout the whole pregnancy). Each rat was exposed to the smoke of 12 commercially
filtered cigarettes per day (a total of 8.0 mg of tar and 0.6 mg of nicotine) during the period of
28 consecutive days. Animals were placed in an inhalation chamber (40 cm long, 30 cm wide,
and 25 cm high) inside a fume extraction cabinet. Cigarettes were coupled to a 60 ml plastic
syringe so that puffs could be drawn in and subsequently expelled to be aspirated with this
syringe (20 puffs of 50 ml) with each puff being immediately injected into the chamber.
Animals were maintained in this smoke-air condition (3%) for 6 min. Afterwards the cover
was removed from the inhalation chamber and the smoke was evacuated within 1 min by
turning on the cabinet exhaust fan. Dams were immediately exposed to cigarette smoke from
a second cigarette for 6 min. This process was repeated for a total of four times per treatment
29
and these four cigarette treatments were performed three times per day (morning, noon, and
afternoon) resulting in 72 min of cigarette smoke exposure from 12 cigarettes per day. Each
cigarette smoke produced 300mg/m3 of total particulate matter in the chamber.
Ketamine treatment
Rats were weaned on the 21st postnatal day (PND). Adult male offspring (60th PND)
were randomly assigned to one of the following eight treatments (n=7 per group): 1) PCSE
control + saline; 2) PCSE control + ketamine 5 mg/kg (CU Chemie Uetikon, Germany); 3)
PCSE control + ketamine 15 mg/kg; 4) PCSE control + 25 mg/kg; 5) PCSE + saline; 6) PCSE
+ ketamine 5 mg/kg; 7) PCSE + ketamine 15 mg/kg; 8) PCSE + ketamine 25 mg/kg. All
animals have received a single intraperitoneal injection according to the treatment protocols in
a volume of 1mL/100mg of bodyweight per injection (Oliveira et al., 2010). Animals were
euthanized via rapid decapitation and the brain structures (prefrontal cortex, amygdala,
striatum, hippocampus) and serum were collected and stored at -80°C. Previous studies have
shown an induction of schizophrenia-like symptoms (e.g. hyperlocomotion and social
withdrawal) by ketamine at subanaesthetic doses (e.g. 25 mg/kg) (de Oliveira et al. 2011;
Hunt et al. 2006).
Open-field test
Animals were assessed in the open-field test thirty minutes following the last ketamine
injection. The test was realized in an arena with the dimensions of 50 x 25 x 50 cm.
Locomotor activity was measured for 15 min using a computerized system (Activity Monitor,
Insight Laboratory Equipment, Ribeirão Preto, SP). Locomotor activity was quantified as
covered distance (cm) by the animal in blocks of five minutes. Covered distance was
calculated as the sum of position changes monitored by the system.
Measurement of the enzymes AChE and BChE
AChE in brain regions and BChE in plasma was determined according to the method
of Ellman (1961). Hydrolysis rates were measured in 1 mL of a 0.8 mM solution containing
100 mM phosphate buffer (pH 7.5) and 1.0 mM 5,5-dithiobis-2-nitrobenzoic acid (DTNB). A
30
sample (50µL) was added to the solution and pre-incubated for 3 min. Hydrolysis was
monitored spectrophotometrically at 412 nm (thiolate dianion formation) at 25°C for 2-3 min
(intervals of 30 s). Samples were evaluated in duplicates. Data was expressed in µmol
ACSCh/h.mg protein. Protein was determined using the Lowry method (1951) with bovine
serum albumin as standard.
Statistical analysis
The Statistical analyses were conducted using SigmaStat 3.1 (Systat, Point Richmond,
CA, USA). We performed Kolgomorov-Smirnov with Lilliefors' correction and Levene
median tests to assess normality and equal variance, respectively. To compare the saline and
ketamine treatment effects, we used one way ANOVA (identified by F value) or KruskalWallis one way ANOVA (identified by H value). Parametric ANOVAs were followed by
Holm-Sidak tests (identified by t value) and non-parametric ANOVAs were followed by
Tukey tests when sample sizes between groups were equal or Dunn's test when sample sizes
between groups were unequal (e.g. missing data). Both Tukey and Dunn's tests are identified
by the presence of q values. We used Student's t-tests (identified by t value) or Mann-Whitney
Rank Sum tests (identified by U value) when we compared PCSE control and PCSE groups.
We used a two way ANOVA to test for interactions between ketamine treatment and PCSE
using rank-transformed data because normality and equal variance reached p < 0.05.
Results
Locomotor activity results are shown in Figure 1 and its statistical analysis is
summarized in Table 1. Initially, we compared treatment groups at the same time interval to
assess the effect of ketamine on covered distance. Ketamine 15 and 25mg/kg increased the
covered distance in PCSE control rats at all three time points when compared to rats that did
not receive ketamine. Ketamine 25mg/kg treatment has transiently increased the covered
distance in PCSE rats at the first and second time intervals.
Subsequently, we compared PCSE control and PCSE rats treated with the same
ketamine dosage to evaluate the PCSE effect on covered distance. PCSE rats treated with
ketamine 5mg/kg showed increase in the distance covered when compared to PCSE control
rats at all time intervals. A similar increase was seen in the PCSE rats at the third time interval
31
treated with ketamine 15mg/kg. No significant differences were observed in the covered
distance between PCSE control and PCSE rats after ketamine 25mg/kg treatment. These
results indicate that ketamine 15 and 25mg/kg treatments induce hyperlocomotion in PCSE
control rats but PCSE rats seem to be more resilient to this effect.
Finally, we tested whether both ketamine treatment and PCSE would present an
interactive effect on covered distance. Two way ANOVA results on rank-transformed data
showed a statistically significant interaction between both factors at the first (F = 7.75, p =
0.0001), second (F = 6.63, p = 0.0004) and third (F = 7.02, p = 0.0002) time intervals.
We observed that acute administration of ketamine in the doses of 5mg/kg, 15 mg/kg
and 25 mg/kg in adult male rats significantly increased both AChE activity in all tested brain
areas and BChE in serum in PCSE control and PCSE groups (p < 10 -5 for the vast majority of
the results) (Figure 2). This increase was statistically significant (Table 2). We can verified in
all brain structures and serum that doses of 15mg/kg, 25mg/kg provoked an increase of AChE
and BChE activity, in dose of 5mg/kg of ketamine was found this increased in hippocampus,
amygdala and serum, in PCSE control. In PCSE rats, an increase of cholinesterases was found
in doses of 15mg/kg and 25 mg/kg in all brain structures and serum, in doses of 5 mg/kg of
ketamine an increased of cholinesterases occur in prefrontal cortex, amygdala and serum. We
compared the activity of cholinesterases in PCSE control and PCSE rats treated with same
ketamine, the results showed that a significant increase of the AChE and BChE activity occurs
in all doses of ketamine and saline and all structures evaluated. These results strongly suggest
that both PCSE and ketamine administration increase AChE and BChE activity in different
brain areas and serum of adult male rats.
Discussion
The purpose of this study was to evaluate motor activity and the cholinesterase activity
in rats following PCSE and/or ketamine treatment. In summary, our results show that both
PCSE and ketamine treatment in the offspring lead to increased motor activity. Similar
increase was observed in the AChE and BChE activity in the brain and serum, respectively.
Pharmacologically-induced hyperlocomotion is an important indicator of schizophrenia-like
behavior (Bubeníková-Valesová et al. 2008). This study shows that a single dose of the
15mg/kg and 25mg/kg of ketamine increased locomotor activity in rats which is in accordance
32
with previous studies (Oliveira et al. 2011; Razoux et al. 2007). It has been shown that
systemic and prefrontal administrations of NMDA antagonist induce hyperlocomotion
altering dopamine and acetylcholine release in the nucleus accumbens (Del Arco and Mora
2005; Hatip-Al-Khatib et al. 2001). In fact, subanesthetic doses of ketamine increase the
activity of excitatory pathways, including activation of mesocorticolimbic neurons (Kenny et
al. 2009).
Here, we demonstrated that PCSE rats treated with ketamine 5mg/kg presented an
increase of covered distance when compared to PCSE control rats at all time intervals. A
similar increase was seen in the PCSE rats at the third time interval when treated with
ketamine 15mg/kg. In fact, the CS is highly toxic and actives the cholinergic system during
development; we suggested that the subjective effect of exposure to CS in the fetal period is
persistent and alters the locomotor activity in adult age. In addition, Blood-Siegfried and
Rende (2010) appointed that nicotine exposure during pregnancy provoked changes in
neurochemical markers of dopamine resulting in hyperactive behavior of the offspring. In
fact, nicotine activates and desensitizes nAChRs in dopaminergic neurons able to provoke
behavioral changes in the long-term (Gold et al. 2009). Contributing to our data, Del Arco and
colleagues (2007) demonstrated that systemic injections of 5 mg/kg of phencyclidine (PCP),
an NMDA receptor antagonist, increase the release of acetylcholine in the NAc suggesting
that this neurotransmitter could be involved in the motor effects of PCP.
We also observed transient hyperlocomotion in rats that received PCSE corroborating
previous results that showed that male mice exposed to nicotine in utero demonstrated
locomotor hyperactivity of offspring on PND40 and PND60 (Pauly et al. 2004). Considering
that the cholinergic system is involved directly in motor control, studies suggested that PCSE
disrupts the cholinergic function and causes long-lasting behavioral changes (Abreu-Villaça et
al. 2004; Shea and Steiner 2010). It is known that CS chronic exposure activates and
desensitizes α7 nAChRs, whose expression is maximal during development, and thus lead to
their dysfunction in the long-term (Srinivasan et al. 2011). In addition, an inappropriate
activation of presynaptic nAChRs during the fetal period may be an important mechanism
through which cholinergic agonists such as nicotine could elicit changes in gene expression
that influence cell proliferation and differentiation, promote or arrest cell growth, evoke
apoptosis and eventually result in altered synaptic activity (Abreu-Villaça et al. 2011; Lv et al.
2008).
The mechanisms underlying CS actions are complex, involving not only a direct action
of nicotine on receptors of acetylcholine, but also changes in the release of glutamate and
33
dopamine in other cerebral areas (Wang et al. 2007). Interactions between acetylcholine and
glutamate on the nicotine actions have been highlighted in a considerable number of studies.
It has been shown that NMDA antagonists can attenuate nicotine self-administration and
nicotine discriminative stimulus (Blokhina et al. 2005; Zakharova et al. 2005).
Our data demonstrated that locomotor activity in third time interval trends to normalize;
we suggested that a neuroprotective mechanism occurs after 15 minutes of last administration
of ketamine in response to PCSE. It has been shown that nAChRs provides the postsynaptic
depolarization necessary for NMDA receptor activation (Andre et al. 2011; D`Souza &
Markou 2011; Rasmussen et al. 2008). In addition, a recent study appointed that high
activation of nAChRs in the basolateral nucleus of the amygdala facilitates glutamatergic
transmission in cortico-limbic synapses (Jiang & Role 2008). In agreement with these studies,
it has been suggested that in immature synapses from neonatal rat hippocampal slices the
activation of presynaptic intracellular Ca2 stores contributes to nicotine-elicited increase of
glutamate release. In this context, an increase of glutamate provoked by high activating of
nAChRs contributes to ameliorate the behavioral symptoms produced by corticolimbic
dysfunction associated with schizophrenia (Del Arco et al. 2008). In the present study, we
suggested that this subjective neuroprotective mechanism was dose and time dependent of
ketamine. We observed that ketamine 15mg/kg and 25mg/kg treatments induce
hyperlocomotion in PCSE control rats but PCSE rats seem to be more resilient to this effect.
In fact, Domino and colleagues (2004) appointed that chronic nicotine exposure may to cause
alterations in neurobehavioral response to ketamine by action on one or more neurotransmitter
system. However, other neuroprotective mechanisms induced by the action of chronic
nicotine exposure may occur trough of the activation of GABAergic neurons, which regulate
the firings of the rats substantia nigra DA neurons, preventing them from experiencing bursts
that could lead to excitotoxic Ca2 + influx (Miwa et al. 2011).
Both PCSE and the glutamatergic system primarily affect the cholinergic pathways
(Aguilar et al. 2005; Wiebe et al. 2009). In agreement, we observed that PCSE and ketamine
administration (5mg/kg, 15mg/kg and 25mg/kg) increased cholinesterase activity in different
brain areas and serum of offspring male rats. These results suggested that higher levels of
AChE and BChE would result in an increase of hydrolysis and depletion of acetylcholine at
cholinergic receptors in the cerebral and peripheral areas, with subsequent diminishing in
brain functions such as found in schizophrenia (Guan et al. 1999; Haroutunian et al. 1994).
Elegant studies appointed a possible interaction between the AChE enzyme and
glutamatergic functions (Koutsoviti-Papadopoulou et al. 1994). In addition, Dong and
34
colleagues (2004) indicated that AChE overexpression disrupts the glutamatergic system and
results in damage to synaptic structures and excitatory functions. In the current study, an
increase of cholinesterases was observed with ketamine treatment in all doses tested in both
PCSE control and PCSE rats. Importantly, Emmett and Greenfield (2004) using in vitro online detection of AChE for the first time, showed that NMDA receptors increase the
extracellular concentrations of AChE, presumably by acting either directly on the
dopaminergic neurons. This increase in AChE activity has been shown to be toxic to neuronal
cells, in agreement, the release of AChE affects the Ca2+ signaling (Day and Greenfield 2002).
Interestingly, Bon and Greenfield (2003) showed that AChE-peptide enhances Ca2+ potentials
when NMDA receptors are antagonized. On the other hand, although having an action in
treatment of schizophrenia, the role of the AChE enzyme is still obscure in this disease.
Domino and colleagues (1973) discovered an increase in this enzyme in schizophrenic
subjects. On the other hand, Haroutunian (1994) reported no changes in AChE and ChAT, and
suggested that studies are needed to understand the role of this enzyme in schizophrenia. An
alternate possibility is that certain epigenetic mechanisms may exacerbate the cholinesterases
gene expression and act as modulator pathways which alter cellular functions including both
cell proliferation and cell death (Laviola et al. 2006).
Currently, it is known that the cholinergic system has become one of therapeutic
targets for schizophrenia (D`Souza and Markou 2011). Studies suggested that administration
of inhibitors of AChE can alleviate cognitive deficits in this disease. The purpose of these
studies is showing that the inhibition of AChE facilitated maintenance of acetylcholine in the
synaptic cleft and a consequent reduction of the cognitive symptoms of the disease, in
addition, nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) agonists, nicotine for example, would get
the same response (Salokangas et al. 2006; Ribeiz et al. 2010).). However, the mechanism is
different in the prenatal period. During this time the synapses are vulnerable to morphologic
and functional alterations in consequence of exposure to environmental insults (Slotkin et al.
2009). Our study showed that environmental exposure (PCSE) during fetal development
could lead to biochemical cholinergic effects persistent into adult age, likely to develop into
symptoms of schizophrenia. This result complements previous experiments indicating that
prenatal exposure to a neurotoxic compound resulted in persistent cholinergic downregulation
and suggested that this mechanism can lead to dopaminergic upregulation and contribute to
locomotor activation (Laviola et al. 2006). In agreement with our results, Abdel-Rahman and
colleagues (2004) appointed that maternal exposure to nicotine alone showed a significant
increase in AChE activity in PND 60 offspring and suggested that maternal exposure to
35
nicotine may diminish cholinergic neurotransmission in adult age. Furthermore, the exposure
to environmental agents during the fetal period that result in an increase of the AChE activity
and reduction of cholinergic function may seriously contribute to the development of
symptoms observed in schizophrenia.
The results from the present study showed that male offspring from mothers treated
with CS presented a significant increase in BChE activity. The ability of BChE to hydrolyze
ACh is of functional relevance; however, the more precise role of BChE in development
awaits further investigation (Geula and Nagykery 2007). Abou-Donia and colleagues (2006)
showed that female offspring in PND 60 exposed to nicotine and chlorpyrifos during the fetal
period presented a significant increase on BChE activity. In fact, BChE has been suggested to
be involved in the developmental processes in response to toxicant compounds (Abou-Donia
et al. 2004). However, developmental alterations caused by nicotine may alter the role of
acetylcholine in the maturation of cholinergically innervated cells, switching cells from
replication to differentiation upon arrival of cholinergic signals (DiFranza et al. 2010).
In summary, our results suggest that PCSE alone or in combination with ketamine
resulted in locomotor deficits and alterations in cholinergic system of offspring adult rats. We
found some evidence that the NMDA-antagonist ketamine could ameliorate subjective effects
of PCSE is dose and time-dependent. These changes provoke molecular events that are not yet
completely known and may result in abnormal responses reported in neuropsychiatric
disorders, such as schizophrenia.
36
References
Abdel-Rahman A, Dechkovskaia AM, Mehta-Simmons et al (2004) Maternal exposure to
nicotine and chlorpyrifos, alone and in combination, leads to persistently elevated expression
of glial fibrillary acidic protein in the cerebellum of the offspring in late puberty. Dev Toxicol
78:467-476.
Abou-Donia MB, Dechkovskaia AM, Goldstein LB et al (2004) Co-exposure to
pyridostigmoine bromide, DEET, and/or permethrin causes sensorimotor deficit and
alterations in brain acetylcholinesterase activity. Pharmacol Biochem Behav 77:253-262.
Abou-Donia MB, Khan WA, Dechkovskaia AM et al (2006) In utero exposure to nicotine and
chlorpyrifos alone, and in combination produces persistent sensorimotor deficits and Purkinje
neuron loss in the cerebellum of adult offspring rats. Arch Toxicol 80:620-31.
Abreu-Villaça Y, Filgueiras CC, Manhães AC (2011) Developmental aspects of the
cholinergic system. Behav Brain Res 221:367-78.
Abreu-Villaça Y, Seidler FJ, Slotkin TA (2004) Does prenatal nicotine exposure sensitize the
brain to nicotine-induced neurotoxicity in adolescence? Neuropsychopharmacol 28:1440-50.
Aguilar MC, Gurpegui M, Diaz FJ et al (2005) Nicotine dependence and symptoms in
schizophrenia: naturalistic study of complex interactions. Br J Psychiatry 186:215–21.
Andre JM, Leach PT, Gould TJ (2011) Nicotine ameliorates NMDA receptor antagonistinduced deficits in contextual fear conditioning through high-affinity nicotinic acetylcholine
receptors in the hippocampus. Neuropharmacol 60:617-25.
Azam L, Chen Y, Leslie FM (2007) Developmental regulation of nicotinic acetylcholine
receptors within midbrain dopamine neurons. Neurosc 23:1347-1360.
Baghelin-Pinaud A, Robert S, Ménarg JF, et al (2010) Prenatal exposure to tobacco and risk
for schizophrenia: a retrospective epidemiological study. Compreh Psychiat 51:106-109.
Barakat NH, Zheng X, Gilley CB et al (2009) Chemical synthesis of two series of agent
model compounds and their stereoselective interaction with human acetylcholinesterase and
human butyrylcholinesterase. Chem Res Toxicol 22:1669-79.
Berger F, Gage FH, Vijayaraghavan S (1998) Nicotinic receptor-induced apoptotic cell death
of hippocampal progenitor cells. J Neurosci 18:6871–6881.
Blokhina EA, Kashkin VA, Zvartau EE et al (2005) Effects of nicotinic and NMDA receptor
channel blockers on intravenous cocaine and nicotine self-administration in mice. Eur
Neuropsychopharmacol 15:219-225.
Blood-Siegfried J, Rende EK (2010) The long-term effects of prenatal nicotine exposure on
neurologic development. J Midwif Wom Healt 55:143-152.
Bon CL, Greenfield SA (2003) Bioactivity of a peptide derived from acetylcholinesterase:
electrophysiological characterization in guinea-pig hippocampus. Eur J Neurosci 17:19911995.
37
Boksa P (2008) Maternal infection during pregnancy and schizophrenia. J Psychiat Neurosc
33:183–185.
Boutwell BB, Beaver KM (2010) Maternal cigarette smoking during pregnancy and offspring
externalizing behavioral problems: a propensity score matching analysis. Int J Environ Res
Public Health 7:146-163.
Brown AS, Susser ES (2008) Prenatal nutritional deficiency and risk of adult schizophrenia.
Schizophr Bull 34:1054–1063.
Bubeníková-Valesová V, Horácek J, Vrajová M et al (2008) Models of schizophrenia in
humans and animals based on inhibition of NMDA receptors. Neurosci Biobehav Rev
32:1014–1023.
Cannon M, Jones PB, Murray RM (2002) Obstetric complications and schizophrenia:
historical and meta-analytic review. Am J Psychiat 159:1080–1092.
Clarke MC, Tanskanen A; Huttunen M et al (2009) Evidence for an interaction between
familial liability and prenatal exposure to infection in the causation of schizophrenia. Am J
Psychiat 9:1025-1030.
Day T, Greenfield SA (2002) A non-cholinergic, trophic action of acetylcholinesterase on
hippocampal neurones in vitro: molecular mechanisms. Neurosc 111:649-56.
De Oliveira L, Fraga DB, De Luca RD, et al (2011) Behavioral changes and mitochondrial
dysfunction in a rat modelo f schizophrenia induced by ketamine. Metab Brain Dis 26:69-77.
D’ Souza MS, Markou A (2011) Schizophrenia and tobacco smoking comorbidity: nAChR
agonists in the treatment of schizophrenia-associated cognitive deficits. Neuropharmacology
Feb 1.
Del Arco A, Mora F (2005) Glutamate-dopamine in vivo interaction in the prefrontal córtex
modulates the release of dopamine and acetylcholine in the nucleus accumbens of the awake
rat. J Neural Transm 112:97-109.
Del Arco A, Mora F, Mohamed AH et al (2007) Stimulation of D2 receptors in the prefrontal
cortex reduces PCP-induced hyperactivity, acetylcholine release and dopamine metabolism in
the nucleus accumbens J Neural Transm 114:185-193.
Del Arco A, Mora F (2008) Prefrontal cortex-nucleus accumbens interaction: in vivo
modulation by dopamine and glutamate in the prefrontal cortex. Pharmacol Biochem Behav
90(2):226–235.
DiFranza, JR, Rigotti NA, McNeill AD et al (2010). Initial symptoms of nicotine dependence
in adolescents. Tob Control 9:313–319.
Domino EF, Krause RR, Bowers J (1973) Various enzymes involved with putative
neurotransmitters. Regional distribution in the brain of deceased mentally normal, chronic
schizophrenics or organic brain syndrome patients. Arch Gen Psychiatry 29:195-201.
38
Domino EF, Mirzoyan D, Tsukada N (2004) N-methyl-D-aspartate antagonists as drug
models of schizophrenia: a surprising link to tobacco smoking. Prog Neuropsychopharmacol
Biol Psychiatry 25:801-811.
Dong H, Xiang YY, Farchi N et al (2004) Excessive expression of acetylcholinesterase
impairs glutamatergic synaptogenesis in hippocampal neurons. J Neurosci 24:8950-8960.
Ellman GL, Courtney KD, Andres V JR et al (1961) A new and rapid colorimetric
determination of acetylcholinesterase activity. Biochem Pharmacol 7:88-95.
Emmett SR, Greenfield SA (2004) A peptide derived from the C-terminal region of
acetylcholinesterase modulates extracellular concentrations of acetylcholinesterase in the rat
substantia nigra. Neurosci Lett. 358:210-214.
Eppolito AK, Bachus SE, Mcdonald CG et al (2010) Late emerging effects od prenatal and
early postnatal nicotine exposure on the cholinergic system and anxiety-like behavior.
Neurotoxicol Teratol 32:336-345.
Foerster A, Lewis SW, Owen MJ et al (1991) Low birth weight and a family history of
schizophrenia predict poor premorbid functioning in psychosis. Schizophr Res 5:13-20.
Geula C, Nagykery N (2007) Butyrylcholinesterase activity in the rat forebrain and upper
brainstem: Postnatal development and adult distribution. Exp Neurol 204:640-657.
Guan, ZZ, Zhang X, Blonnow K et al (1999) Decreased protein level of nicotinic receptor
alpha7 subunit in the frontal cortex from schizophrenic brain. Neuroreport 10:1779-1782.
Gold AB, Keller AB, Perry DC (2009) Prenatal exposure of rats to nicotine causes persistent
alterations of nicotinic cholinergic receptors. Brain Res 1250:88-100.
Haroutunian V, Davidson M, Kanof PD et al. (1994) Cortical cholinergic markers in
schizophrenia. Schizophr Res 12:137-144.
Hatip-Al-Khatib I, Mishima K, Iwasaki K, Fujiwara M (2001) Microdialysates of amines and
metabolites from core nucleus accumbens of freely moving rats are altered by dizocilpine.
Brain Res 902:108–118.
Haukvik UK, Lawyer G, Bjerkan PS et al (2009) Cerebral cortical thickness and a history of
obstetric complications in schizophrenia. J Psychiat Res 43:1287-1293.
Heath CJ, King SL, Gotti C et al (2010) Cortico-thalamic connectivity is vulnerable to
nicotine exposure during early postnatal development through α4/β2/α5 nicotinic
acetylcholine receptors. Neuropsychopharmacol 35:2324-38.
Hunt MJ, Raynaud B, Garcia R (2006) Ketamine dose-dependently induces high-frequency
oscillations in the nucleus accumbens in freely moving rats. Biol Psychiat 60:1206-1214.
Jacobsen L, Slotkin T, Westerveld M et al (2006) Visuospatial memory deficits emerging
during nicotine withdrawal in adolescents with prenatal exposure to active maternal smoking.
Neuropsychopharmacol 31:1550–1561.
39
Jiang L, Role LW (2008) Facilitation of cortico-amygdala synapses by nicotine: activitydependent modulation of glutamatergic transmission. J Neurophysiol 99:1988-99.
Kenny PJ, Chartoff E, Roberto M et al (2009) NMDA receptors regulate nicotine-enhanced
brain reward function and intravenous nicotine self-administration: role of the ventral
tegmental area and central nucleus of the amygdala. Neuropsychopharmacol 34:266-81.
Kleijn J, Folgering JH, van der Hart MC et al (2011) Direct effect of nicotine on mesolimbic
dopamine release in rat nucleus accumbens shell. Neurosci Lett 493:55-58.
Koutsoviti-Papadopoulou M, Kounenis G, Elezoglou V (1994) Ketamine protects
acetylcholinesterase against inhibition by propoxur and phoxim. Pharmacol Res 30:117-122.
Laviola G, Adriani W, Gaudino C et al (2006) Paradoxical effects of prenatal
acetylcholinesterase blockade on neuro-behavioral development and drug-induced
stereotypies in reeler mutant mice. Psychopharmacol 187:331-344.
Lee PR, Brady DL, Shapiro RA et al (2007) Prenatal stress generates deficits in rat social
behavior: Reversal by oxytocin. Brain Res 1156:152–167.
Le Pen G, Grottick AJ, Higgins GA et al (2000) Spatial and associative learning deficits
induced by neonatal excitotoxic hippocampal damage in rats: Further evaluation of an animal
model of schizophrenia. Behav Pharmacol 11:257–268.
Le Pen G, Moreau JL. Disruption of prepulse inhibition of startle reflex in a
neurodevelopmental model of schizophrenia: Reversal by clozapine, olanzapine and
risperidone but not by haloperidol. Neuropsychopharmacol 27:1–11. 2002.
Lowry OH, Rosebrough NJ, Farr AL et al (1951) Protein measurement with the Folin phenol
reagent. J Biol Chem 193:265-267.
Lv J, Mao C, Zhu L et al (2008) The effect of prenatal nicotine on expression of nicotine
receptor subunits in the fetal brain. Neurotoxicol 29:722-6.
Maggi L, Le Magueresse C, Changeux JP et al (2004) Nicotine acti vates immature “silent”
connections in the developing hippocampus. Proc Natl Acad Sci USA 100:2059–64.
Mansvelder HD, Mertz M, Role LW (2009) Nicotinic modulation of synaptic transmission
and plasticity in cortico-limbic circuits. Semin Cell Dev Biol 20:432–40.
Mesulam MM, Geula C (1991) Acetylcholinesterase-rich neurons of the human cerebral
cortex: cytoarchitectonic and ontogenetic patterns of distribution. J Comp Neurol 306:193–
220.
Naeye RL (1992) Cognitive and behavioral abnormalities in children whose mothers smoked
cigarettes during pregnancy. J Dev Behav Pediatr 13:425–428.
Neill JC, Barnes S, Cook S, Grayson B et al (2010) Animal models of cognitive dysfunction
and negative symptoms of schizophrenia: focus on NMDA receptor antagonism. Pharmacol
Ther 128:419-32.
40
Ohmura Y, Jutkiewicz EM, Zhang A, Domino EF (2011) Dopamine D(1/5) and D(2/3)
agonists differentially attenuate somatic signs of nicotine withdrawal in rats. Pharmacol
Biochem Behav 99:552-556.
Pauly JR, Sparks JA, Hauser KF, Pauly TH (2004) In utero nicotine exposure causes
persistent, gender-dependant changes in locomotor activity and sensitivity to nicotine in
C57Bl/6 mice. Int J Dev Neurosci 22:329-37.
Rasmussen BA, Perry DC, O’Neil J, Manaye KF, Tizabi Y (2008) Effects of nicotine on
sensorimotor gating impairment induced by long-term treatment with neurotoxic NMDA
antagonism. Neurotox Res 13:151-61.
Razoux F, Garcia R, Léna I (2007) Ketamine, at a dose that disrupts motor behavior and latent
inhibition, enhances prefrontal cortex synaptic efficacy and glutamate release in the nucleus
accumbens. Neuropsychopharmacol 32:719-27.
Salokangas RKR, Honkonen T, Stengard E, et al (2006) Cigarette smoling in long-term
schizophrenia. Eur Psychiat. 21: 219-223.
Schneider T, Ilott N, Brolese G (2011) Prenatal exposure to nicotine impairs performance of
the 5-choice serial reaction time task in adult rats. Neuropsychopharmacol 36:1114-25.
Shea AK, Steiner M (2008) Cigarette smoking during pregnancy. Nicotine Tob Res 10:26778.
Shenouda J, Green P, Sultatos L (2009) An evaluation of the inhibition of human
butyrylcholinesterase and acetylcholinesterase by the organophosphate chlorpyrifos oxon.
Toxicol Appl Pharmacol 241:135-42.
Slotkin TA, Ryde IT, Wrench N, Card JA, Seidler FJ (2009) Nonenzymatic role of
acetylcholinesterase in neuritic sprouting: regional changes in acetylcholinesterase and
choline acetyltransferase after neonatal 6-hydroxydopamine lesions. Neurotoxicol Teratol
31:183–6.
Smith JW, Gastambide F, Gilmour G (2011) A comparison of the effects of ketamine and
phencyclidine with other antagonists of the NMDA receptor in rodent assays of attention and
working memory. Psychopharmacol 2011, in press.
Soreq H, Seidman S (2001) Acetylcholinesterase--new roles for an old actor. Nat Rev
Neurosc 2: 294-302.
Srinivasan R, Pantoja R, Moss FJ et al (2011) Nicotine up-regulates alpha4beta2 nicotinic
receptors and ER exit sites via stoichiometry-dependent chaperoning. J Gen Physiol 137:5979.
Stefansson H, Rujescu D, Cichon S et al (2008) Large recurrent microdeletions associated
with schizophrenia. Nat 455:232-6.
Susser E, ST Clair D, He L (2008) Latent effects of prenatal malnutrition on adult health: the
example of schizophrenia. Ann NY Acad Sci 1136:85–92.
41
Van Os J, Kenis G, Rutten BP (2010) The environment and schizophrenia. Nat 468:203-12.
Wang F, Chen H, Steketee JD, Sharp BM (2007) Upregulation of ionotropic glutamate
receptor subunits within specific mesocorticolimbic regions during chronic nicotine selfadministration. Neuropsychopharmacol 32:103-9.
Weinstock M (2001) Alterations induced by gestational stress in brain morphology and
behaviour of the offspring. Prog Neurobiol 65:427-451.
Wiebe SA, Espy KA, Stopp C et al. (2009) Gene–environment interactions across
development: exploring DRD2 genotype and prenatal smoking on self-regulation. Dev
Psychol 45:31–44.
Wonnacott S, Barik J, Dickinson J et al (2006) Nicotinic receptors modulate transmitter cross
talk in the CNS: nicotinic modulation of transmitters. J Mol Neurosc 30:137–40.
Zakharova ES, Danysz W, Bespalov AY (2005) Drug discrimination analysis of NMDA
receptor channel blockers as nicotinic receptor antagonists in rats. Psychopharmacol (Berl)
179:128-35.
42
Figure
Figure 1
105
Covered distance (cm)
PCSE control
PCSE
104
103
102
Ketamine 0mg/Kg
Ketamine 5 mg/kg
Ketamine 15 mg/kg
Ketamine 25 mg/kg
101
5 min
10 min
15 min
5 min
Time interval
10 min
15 min
43
Figure 2
44
Tables
Table 1
Interval
of five
min
PCSE
First
Second
Third
Ketamine
(mg/Kg)
Test
statistic
p
value
No
0x
(5, 15, 25)
H = 41.69
<10-5
Yes
0x
(5, 15, 25)
H = 12.96
0.004
No x Yes
0
5
15
25
0x
(5, 15, 25)
U = 23.0
U < 10-5
U = 60.0
U = 67.0
H = 40.06
0.056
<10-5
0.874
0.999
<10-5
Yes
0x
(5, 15, 25)
H = 10.66
0.013
No x Yes
0
5
15
25
0x
(5, 15, 25)
U = 28.5
U = 5.0
U = 45.0
t = 0.05
H = 38.75
0.142
<10-5
0.271
0.956
<10-5
Yes
0x
(5, 15, 25)
H = 7.77
0.051
No x Yes
0
5
15
25
U = 45.0
U = 21.5
U = 15.0
U = 51.0
0.843
0.021
0.002
0.341
No
No
Post hoc test
Ketamine Test
(mg/Kg)
statistic
0x5
q = 0.71
0 x 15
q = 2.50
0 x 25
q = 4.99
0x5
q = 1.27
0 x 15
q = 1.63
0 x 25
q = 3.53
0x5
q = 0.74
0 x 15
q = 3.18
0 x 25
q = 4.64
0x5
q = 0.74
0 x 15
q = 1.23
0 x 25
q = 3.09
0x5
q = 0.60
0 x 15
q = 3.46
0 x 25
q = 4.48
0x5
0 x 15
0 x 25
-
p<
0.05
No
Yes
Yes
No
No
Yes
No
Yes
Yes
No
No
Yes
No
Yes
Yes
No
No
No
-
45
Table 2
Sample
Prefrontal cortex
Hippocampus
Striatum
Amigdala
Serum
PCSE
Ketamine
(mg/Kg)
Test statistic
No
0x
(5, 15, 25)
H =20.11
10-5
Yes
0x
(5, 15, 25)
F=263.19
<10-5
No x
Yes
0
5
15
25
0x
(5, 15, 25)
t = 21.26
t = 10.85
t = 12.64
t = 18.01
F=129.72
<10-5
<10-5
<10-5
<10-5
<10-5
Yes
0x
(5, 15, 25)
H =20.95
10-4
No x
Yes
0
5
15
25
0x
(5, 15, 25)
t = 17.95
t = 13.06
t = 8.56
t = 30.15
H = 21.60
<10-5
<10-5
<10-5
<10-5
7x
10-5
Yes
0x
(5, 15, 25)
H = 20.40
<10-5
No x
Yes
0
5
15
25
0x
(5, 15, 25)
U<10-5
t = 21.88
t = 5.93
U<10-5
F = 174.40
0.002
<10-5
10-4
0.002
<10-5
Yes
0x
(5, 15, 25)
F=2126.01
<10-5
No x
Yes
0
5
15
25
0x
(5, 15, 25)
t = 16.89
t = 68.75
t = 11.75
t = 48.08
F = 274.08
<10-5
<10-5
<10-5
<10-5
<10-5
Yes
0x
(5, 15, 25)
F = 141.20
<10-5
No x
Yes
0
5
15
25
t = 23.80
t = 22.34
t = 14.88
t = 20.37
<10-5
<10-5
<10-5
<10-5
No
No
No
No
p
value
Post hoc test
Ketamine
(mg/Kg)
0x5
0 x 15
0 x 25
0x5
0 x 15
0 x 25
0x5
0 x 15
0 x 25
0x5
0 x 15
0 x 25
0x5
0 x 15
0 x 25
0x5
0 x 15
0 x 25
0x5
0 x 15
0 x 25
0x5
0 x 15
0 x 25
0x5
0 x 15
0 x 25
0x5
0 x 15
0 x 25
-
Test
statistic
q = 2.54
q = 3.69
q = 6.23
t = 9.85
t = 8.64
t = 27.36
t = 8.25
t = 11.21
t = 19.50
q = 2.25
q = 3.98
q = 6.23
q = 2.07
q = 4.15
q = 6.23
q = 2.42
q = 3.81
q = 6.23
t = 13.51
t = 17.23
t = 21.62
t = 58.91
t = 31.30
t = 74.06
t = 6.94
t = 12.65
t = 27.53
t = 6.84
t = 9.73
t = 20.21
-
p<
0.05
No
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
No
Yes
Yes
No
Yes
Yes
No
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
-
46
Legends
Figure 1: Covered distance after saline or ketamine treatment in both PCSE control and PCSE
adult male rats. Results are presented as mean ± SD.
Figure 2: Acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase activities in different brain areas and
serum after saline or ketamine treatment in both PCSE control and PCSE adult male rats.
Table 1: Statistical results of the distance covered after saline or ketamine treatment in both
PCSE control and PCSE adult male rats. Bold values indicate p<0.05. PCSE - prenatal
cigarette smoke exposure.
Table 2: Statistical results of the acetylcholinesterase and butirylcholinesterase activity in
different brain areas and serum after saline or ketamine treatment in both PCSE control and
PCSE adult male rats. Bold values indicate p < 0.05. PCSE - prenatal cigarette smoke
exposure.
47
3.2 Artigo científico: Prenatal exposure to cigarette smoke causes persistent
changes in the oxidative balance and in DNA structural integrity in rats
submitted to animal model of schizophrenia
PRENATAL EXPOSURE TO CIGARETTE SMOKE CAUSES PERSISTENT CHANGES
IN THE OXIDATIVE BALANCE AND IN DNA STRUCTURAL INTEGRITY IN RATS
SUBMITTED TO THE ANIMAL MODEL OF SCHIZOPHRENIA
Daiane B. Fraga, Pedro F. Deroza, Fernando V. Ghedim, Amanda V. Steckert, Renata D. De
Luca, Alexandre Silverio, Andresa L. Cipriano, Daniela D. Leffa, Gabriela D. Borges, João
Quevedo, Ricardo A. Pinho, Vanessa Andrade, Felipe Dal Pizzol, Alexandra I. Zugno
Artigo cientifico aceito para publicação no periódico Journal of Psychiatric Research,
Junho de 2011.
48
49
50
51
Fig.1.
Fig.2.
52
Fig.3.
53
54
55
4 DISCUSSÃO
A proposta deste estudo foi analisar o efeito da exposição crônica da fumaça de
cigarro no período pré-natal sobre parâmetro comportamental e parâmetros bioquímicos em
modelos animais predispostos à sintomatologia da esquizofrenia na idade adulta. O resultado
comportamental deste estudo mostrou que ratos não submetidos à EFCP e que receberam uma
única dose de 15mg/kg e 25mg/kg de cetamina, apresentaram aumento na atividade
locomotora, comparado aos que receberam somente salina. Estes resultados estão de acordo
com estudos prévios que mostram que a cetamina aumenta a atividade locomotora nas doses
de 15mg/kg (Imre et al., 2006) e 25mg/kg (Becker et al., 2004). O mecanismo pelo qual a
cetamina exerce efeito comportamental em modelos animais é, em parte, pelo bloqueio do
receptor NMDA localizado em interneurônios GABAérgicos, o qual desinibe a atividade
neural de estruturas límbicas resultando em hiperlocomoção (Del Arco & Mora, 2005). Essa
desinibição aumenta, em parte, a liberação de DA e GLU no córtex pré-frontal e estruturas
límbicas (Razoux et al., 2007), resultando no aparecimento dos sintomas da esquizofrenia,
inclusive o aumento da atividade motora.
Posteriormente foi comparada a distância percorrida de ratos EFCP e ratos não EFCP.
Ambos os grupos receberam diferentes doses de cetamina na idade adulta. Estudos mostram
que a dose de 25mg/kg de cetamina mimetiza os sintomas da esquizofrenia (Becker et al.,
2003; Becker et al., 2004). Assim, o objetivo de administrar baixas doses de cetamina
(5mg/kg e 15mg/kg) neste estudo, foi verificar se as mesmas alterariam a atividade
locomotora em ratos adultos predispostos a alterações comportamentais pela EFCP. Foi
observado que ratos submetidos à EFCP e tratados com 5mg/kg de cetamina apresentaram
aumento da atividade locomotora quando comparado aos ratos não EFCP. Um aumento
similar da atividade locomotora foi observado no terceiro tempo de intervalo (15 minutos de
avaliação) de ratos que foram tratados com 15mg/kg. De acordo com estes resultados, Pauly e
56
colaboradores (2004) mostraram que ratos expostos à nicotina no período gestacional
demonstraram hiperatividade motora na adolescência em 40 e 60 dias de vida.
De fato, a fumaça de cigarro é altamente tóxica e ativa o sistema colinérgico durante o
desenvolvimento. Este estudo sugere que o efeito subjetivo da fumaça de cigarro no período
fetal é duradouro e altera a atividade locomotora na idade adulta. De acordo, Schneider e
colaboradores (2011) mostraram que a exposição à nicotina no período pré-natal resultou em
aumento na expressão do gene do receptor dopaminérgico D5, no estriado e córtex pré-frontal,
provocando alterações comportamentais importantes na vida adulta, como o controle
inibitório e o controle motor.
Sabe-se que a exposição da fumaça de cigarro ativa e desensibiliza receptores
colinérgicos nicotínicos (nAChRs) do tipo α7, cuja expressão máxima acontece durante o
desenvolvimento cerebral, podendo levar assim, a disfunções persistentes nesses receptores
(Srinivasan et al., 2011). Considerando que o sistema colinérgico está envolvido diretamente
no controle motor, sugere-se que a fumaça de cigarro na gestação provoca efeitos
comportamentais em longo prazo (Shea & Steiner, 2010). Dessa forma, uma ativação
inapropriada de nAChRs durante o período fetal pela nicotina poderá resultar em alterações na
expressão gênica e causar danos na proliferação celular, diferenciação celular e no
crescimento celular, e consequentemente, alterar a atividade sináptica (Lv et al., 2008; AbreuVillaça et al., 2011).
O mecanismo de ação da fumaça de cigarro durante o desenvolvimento cerebral é
complexo, não envolve somente a ação da nicotina nos receptores colinérgicos, mas também
alterações na liberação do GLU e da DA em regiões cerebrais distintas (Wang et al., 2007).
Na última década, autores sugeriram uma importante interação entre o sistema colinérgico e o
sistema glutamatérgico na fisiopatologia da esquizofrenia (Blokhina et al. 2005; Zakharova et
al. 2005). Para reforçar esta hipótese, estudos recentes mostraram que a nicotina atenua
57
déficits induzidos por antagonistas do receptor NMDA (D`Souza & Markou, 2011; Hong et
al., 2011; MacKillop & Tidey, 2011).
Neste estudo foi demonstrado que a administração de 15mg/kg e 25mg/kg de cetamina
provocou hiperlocomoção em ratos não submetidos à EFCP, mas em ratos EFCP este efeito
pareceu ser mais resistente. A administração de 25mg/kg de cetamina resultou em aumento da
distância percorrida nos primeiros intervalos de tempo (5 e 10 minutos). No entanto,
observou-se uma diminuição na distância percorrida no terceiro intervalo de tempo (15
minutos) em ratos EFCP. Desta forma, sugere-se que um mecanismo subjacente neuroprotetor
ocorreu após 15 minutos da administração de cetamina em resposta a EFCP. Estudos recentes
mostraram que a intensificação do nAChR fornece a despolarização necessária para a ativação
do receptor NMDA (André et al., 2011; D`Souza & Markou, 2011). Em adição, Jiang e
colaboradores (2008) apontaram que a ativação de nAChRs provocada pela nicotina facilita a
transmissão glutamatérgica em sinapses cortico-límbicas. De acordo com estes estudos, Del
Arco e colaboradores (2008) sugeriram que em sinapses imaturas do hipocampo neonatal a
ativação do nAChR provocou um aumento da liberação de GLU, este aumento resultou na
melhora dos sintomas comportamentais provocados pela disfunção cortico-límbica associada
com a esquizofrenia. Outro mecanismo de neuroproteção provocado pela nicotina é que a
exposição crônica desta pode ativar neurônios GABAérgicos regulando assim a liberação de
DA (Drenan et al., 2010). No presente estudo, sugeriu-se que um mecanismo subjetivo
neuroprotetor aconteceu em dose e tempo dependente da administração da cetamina.
Tanto o sistema glutamatérgico quanto a EFCP afetam primariamente o sistema
colinérgico (Aguilar et al. 2005; Wiebe et al., 2009). As colinesterases tornaram-se alvo de
estudos devido ao seu importante papel no sistema colinérgico e nos transtornos psiquiátricos,
especialmente as enzimas AChE e BChE, por servirem como ferramentas de diagnóstico para
verificar a exposição de agentes toxicantes (Shenouda et al., 2009). Foi observado neste
estudo que a exposição da fumaça de cigarro no período gestacional e a administração de
58
diferentes doses de cetamina aumentaram a atividade das enzimas AChE e BChE em todas as
estruturas cerebrais (córtex pré-frontal, hipocampo, amígdala e estriado) e também no soro,
respectivamente.
Pode-se observar neste estudo, que nas doses de 15mg/kg e 25mg/kg de cetamina a
atividade das enzimas colinesterases aumentou significativamente em todas as amostras
(estruturas e soro) avaliadas, de ratos EFCP e não EFCP. Estudos mostram uma possível
interação entre as colinesterases e o sistema glutamatérgico (Koutsoviti-Papadopoulou et al.,
1994; Csernansky et al., 2005). Adicionalmente, Dong e colaboradores (2004) indicaram que
o aumento das colinesterases altera o sistema glutamatérgico, resultando em déficits nas
estruturas sinápticas e nas funções excitatórias. Além disso, Emmett e Greenfield (2004)
usando detecção on line in vitro de AChE em seu estudo, mostrou que o bloqueio de
receptores NMDA aumentou a concentração da AChE, provavelmente por agir diretamente
em neurônios dopaminérgicos.
Este aumento da atividade da AChE pode ter um efeito tóxico nas células neuronais
por afetar a sinalização de Ca2+ (Day & Greenfield, 2002). De acordo, Bon e Greenfield
(2003) mostraram que peptídeos da AChE potencializam o influxo de Ca2+ quando os
receptores NMDA são antagonizados. Por outro lado, apesar de ter uma ação no tratamento da
esquizofrenia, o papel da enzima AChE ainda é obscuro. Domino e colaboradores (1973)
mostraram um aumento desta enzima em pacientes esquizofrênicos. Em contrapartida,
Haroutunian (1994) apontou que não houve nenhuma alteração da AChE e da enzima
acetiltransferase colina (ChAT) na esquizofrenia. Uma possível alternativa para explicar esses
resultados contraditórios é que certos mecanismos epigenéticos podem exacerbar a expressão
dos genes das colinesterases e agir modulando vias e funções celulares incluindo a
proliferação e a morte celular (Laviola et al., 2006).
Foi verificado neste estudo que a atividade das colinesterases (AChE e BChE)
aumentaram significativamente em todas estruturas cerebrais e soro, comparando ratos EFCP
59
e ratos não EFCP, submetidos a diferentes doses de cetamina. Estes resultados corroboram
com os achados de Abdel-Rahman e colaboradores (2004), os quais mostraram que a
exposição materna a nicotina provocou um aumento significante da atividade da enzima
AChE em ratos adultos da prole com 60 dias de vida. Adicionalmente, os autores sugerem que
a exposição materna a nicotina pode diminuir a transmissão colinérgica e contribuir
seriamente para o desenvolvimento dos sintomas da esquizofrenia na idade adulta.
Complementando os dados acima, Adou-Donia e colaboradores (2006) mostraram que fêmeas
expostas a nicotina durante o período fetal apresentaram um aumento na atividade da enzima
BChE. De fato, a enzima BChE está envolvida no processo do neurodesenvolvimento em
resposta a compostos tóxicos (Abou-Donia et al., 2004).
A partir desses achados, sugere-se que o aumento das colinesterases poderia resultar
em aumento da hidrólise e depleção da acetilcolina nos receptores colinérgicos centrais e
periféricos e diminuir algumas funções cerebrais, tais como encontrado na fisiopatologia da
esquizofrenia (Haroutunian et al., 1994; Guan et al., 1999). De acordo, Laviola e
colaboradores (2006) indicaram que a exposição pré-natal a compostos neurotóxicos resultam
em baixa regulação colinérgica e sugerem que este mecanismo pode levar a alterações em
sinapses dopaminérgicas e contribuir para ativação motora.
Durante o período gestacional, as sinapses são vulneráveis a alterações funcionais e
morfológicas por consequência de insultos ambientais (Slotkin et al., 2009). Os resultados
deste estudo mostraram que a fumaça de cigarro no período gestacional pode causar efeitos
colinérgicos bioquímicos persistentes até a idade adulta. Em contrapartida, o bloqueio do
receptor NMDA por cetamina provoca aumento na liberação de DA e ACh no núcleo
accumbens (Takahata & Moghaddam et al., 2003). Além disso, a fumaça de cigarro exposta
cronicamente no período gestacional aumenta a estimulação de receptores colinérgicos na
idade adulta (Ernst et al., 2001). Considerando esses fatos, sugere-se que o aumento das
60
colinesterases possa ser um mecanismo de proteção para compensar esses subjetivos níveis
elevados de acetilcolina na fenda sináptica.
O tecido cerebral é, em especial, susceptível ao ataque de EROs frente à exposição de
agentes toxicantes (Seet et al., 2011). Além disso, a fumaça do cigarro contém gases e
partículas capazes de lesionar células e provocar citotoxicidade (Richter et al., 2010). O
presente estudo mostrou que a EFCP e a administração de cetamina provocaram aumento na
peroxidação lipídica e dano em proteínas de estruturas cerebrais, além de causar dano na
integridade do DNA, avaliado no soro da prole adulta.
Estudo prévio mostrou que embriões tratados com nicotina durante a gestação
apresentaram aumento na peroxidação lipídica (Baykan et al., 2008). Adicionalmente, Zhao e
Reece (2005) explicaram em seu estudo que a administração de nicotina provoca peroxidação
lipídica devido ao aumento dos níveis de Cai+ causado pela ativação de nAChR, resultando em
aumento de EROs e apoptose.
Evidências indicam que o estresse oxidativo contribui para a fisiopatologia da
esquizofrenia (Pazvantoglu et al., 2009; Zhang et al., 2009). Reforçando estes achados, Do e
colaboradores (2009) sugeriram que a desregulação redox induzida por fatores ambientais
leva a diversas alterações comportamentais na vida adulta, incluindo déficits cognitivos,
sociais e emocionais, contribuindo para o aparecimento dos sintomas deste transtorno.
O presente estudo mostrou que a administração de doses agudas de cetamina provocou
um aumento na peroxidação lipídica no hipocampo e estriado. Estudos prévios mostraram que
a hipofunção dos receptores NMDA por cetamina diminui as enzimas antioxidantes, tais
como a catalase (CAT) e a superóxido dismutase (SOD) nessas estruturas cerebrais
(Radonji`c et al., 2008; de Oliveira et al., 2009). De fato, estudos de imagem tem associado a
administração de antagonistas de NMDA e o aumento da atividade metabólica no cíngulo
anterior e córtex pré-frontal de indivíduos voluntários (Breier et al., 1997; Holcomb et al.,
2001). De acordo, de Oliveira e colaboradores (2011) mostraram que a hipofunção
61
glutamatérgica induzida por cetamina provocou alterações na atividade dos complexos da
cadeia respiratória mitocondrial no hipocampo, estriado e córtex pré-frontal, em modelos
animais. Assim, esse desequilíbrio no metabolismo energético poderá aumentar o dano
oxidativo nessas áreas cerebrais (Hroudová & Fišar, 2011).
Os déficits comportamentais induzidos por doses sub-anestésicas de cetamina em
indivíduos voluntários estão associados com o dano no metabolismo da glutationa (GSH)
(Herken et al., 2001). É possível que o bloqueio do receptor NMDA diminua a concentração
de GSH, aumentando assim, os níveis de EROs (Drigen, 2000). Adicionalmente, foi
encontrada em líquor de pacientes esquizofrênicos, livres de antipsicóticos, diminuição
significativa dos níveis de glutationa, comparado ao grupo controle (Do et al., 2000).
Considerando estes fatos, sugere-se que o metabolismo antioxidante esteja comprometido na
esquizofrenia, em parte pelo sistema glutamatérgico.
Foi verificado neste estudo que a administração de doses agudas de cetamina (5mg/kg,
15mg/kg e 25mg/kg) combinado com a EFCP causou o aumento da peroxidação lipídica no
hipocampo e estriado, contudo, no córtex pré-frontal este aumento ocorreu em doses
dependentes de cetamina (5mg/kg e 15mg/kg) comparado ao grupo controle. De acordo com
esses resultados, sugere-se que o hipocampo, o estriado e o córtex pré-frontal são importantes
alvos para a ação da fumaça de cigarro durante o desenvolvimento cerebral. Estudos tem
mostrado que fatores ambientais, tais como a exposição da fumaça de cigarro na gestação
poderia induzir um importante aumento na liberação de DA (Gatzke-Koop et al., 2010), este
aumento pode ser explicado por modulação do transportador de DA (DAT) (Li et al., 2004)
ou por alterar a atividade das monoaminas oxidases (MAOs) (Leroy et al., 2009).
Entretanto, o aumento da liberação de DA em áreas cerebrais durante o
desenvolvimento poderia levar a desregulação redox (McArthur et al., 2005). Dados na
literatura mostram que o aumento da síntese de DA estimula a atividade da MAO. Dessa
forma, sabe-se que a atividade das oxidases, em geral, forma como produto o peróxido de
62
hidrogênio (H2O2), que ao reagir com metais de transição - via reação de fenton - forma RL,
como o radical hidroxila (OH). Além disso, a DA pode sofrer autooxidação formando DA
quinona e interagir com EROs (Miyazaki & Asanuma, 2008). Esse mecanismo de ação do
sistema dopaminérgico é conhecido por provocar peroxidação lipídica, carbonilação de
proteínas e modificações no DNA (Halliwell, 1999).
Contudo, o excesso de dano protéico e peroxidação lipídica poderão alterar a
expressão gênica e protéica bem como vias de sinalizações (Allen & Tresini, 2000). Por
exemplo, Izzoti e colaboradores (2003) mostraram que a exposição da fumaça de cigarro
alterou a expressão gênica que codifica enzimas antioxidantes, tais como a CAT e os
precursores da SOD1 e SOD2. Uma observação importante feita por esses autores mostrou
que, a administração de N-acetilcisteína (NAC) tende a atenuar a superexpressão dos genes
dessas enzimas, sugerindo que a administração de NAC foi capaz de prevenir ou atenuar a
maioria das alterações transcricionais genéticas induzidas pelo fator ambiental (fumaça de
cigarro).
Este trabalho mostrou que a EFCP provocou dano na integridade do DNA, e, sugerese que o desequilíbrio oxidativo provocado pela fumaça de cigarro está envolvido no processo
que leva alterações na estrutura do DNA em ratos adultos da prole. De Assis e colaboradores
(2009) apontaram genotoxicidade em neonatos expostos a fumaça de cigarro na gestação.
Mooney e colaboradores (1995) sugeriram que baixos níveis de enzimas de detoxificação
diminuem a eficiência do reparo no DNA em ratos expostos a fumaça de cigarro no período
gestacional. Considerando que a fumaça de cigarro altera a atividade dopaminérgica, Stopper
e colaboradores (2009) mostraram que a DA in vitro induziu genotoxicidade e que este efeito
diminuiu com adição de duas enzimas antioxidantes (CAT e SOD). De fato, o aumento dos
RL pela DA está envolvido no processo que leva dano ao DNA e apoptose (Junn &
Mouradian, 2001).
63
Foi verificado também que doses agudas de cetamina tendem a diminuir (mas não
significativamente) o dano em DNA. De acordo, Chan e colaboradores (2002) mostraram que
a administração de cetamina e nicotinamida diminuíram a fragmentação do DNA e sugerem
que o bloqueio do receptor NMDA pode prevenir o dano apenas em doses agudas. Por outro
lado, um estudo apontou que a administração de cetamina provocou neurotoxicidade (Rudin
et al., 2005). Os efeitos do sistema glutamatérgico frente à genotoxicidade ainda é
desconhecido, e futuros estudos são necessários para compreender melhor estes mecanismos
(Molz et al., 2008).
Estudos mostraram que a infecção maternal, em particular no segundo trimestre,
contribui para o desenvolvimento da esquizofrenia (Brown et al., 2004; Patterson et al., 2005).
Assim, a expressão anormal de citocinas pró-inflamatórias e outros mediadores de
inflamação, durante a gestação, podem interferir no desenvolvimento cerebral fetal e
predispor a anormalidades comportamentais, histológicas e alterações na expressão gênica em
adultos (Brown & Susser, 2002). De acordo, Smith e colaboradores (2007) verificaram que a
ativação imunológica materna causa alterações comportamentais e alterações gênicas que
predispõem a anormalidades no comportamento adulto. Os autores mostraram que a
exposição materna à IL-6 foi suficiente para causar déficits comportamentais (inibição prépulso e inibição latente) e que o bloqueio de IL-6 preveniu em 90% essas alterações.
Citocinas pró-inflamatórias são primariamente secretadas de monócitos e macrófagos,
ativando componentes celulares em resposta a inflamação (Muller et al., 2010). Um estudo
mostrou que a exposição crônica à fumaça de cigarro resultou em aumento das citocinas próinflamatórias, especialmente TNF-α, receptores de TNF-α e IL-6 (Bermudez et al., 2002).
Neste contexto, o aumento de citocinas causado pela exposição à fumaça de cigarro, pode ter
sido um fator desencadeante para o dano em lipídios e proteínas, bem como o dano na
integridade do DNA. Estes fatores podem contribuir fortemente para desencadear déficits
comportamentais e bioquímicos em longo prazo (Boksa, 2010).
64
Finalmente, os resultados deste estudo sugerem um impacto direto do ambiente prénatal em aspectos importantes do controle motor na vida adulta. Os mecanismos precisos
pelos quais esse impacto ambiental afeta os processos cerebrais em longo prazo, permanecem
desconhecidos. É provável que danos celulares, tais como a desregulação redox e a
integridade do DNA estejam envolvidas com esta resposta. Foi encontrada alguma evidência
de que a fumaça de cigarro exposta no período gestacional provoca alterações no sistema
colinérgico e que o bloqueio do receptor NMDA por cetamina poderia melhorar os efeitos
subjetivos da EFCP em tempo e dose dependente.
O fumo na gestação provoca eventos moleculares que não são completamente
compreendidos. Portanto, a integração contínua de estudos epidemiológicos e experimentais
se faz necessária para compreender melhor os mecanismos celulares e moleculares e explicar
possíveis déficits comportamentais relatados nos distúrbios psiquiátricos, inclusive na
esquizofrenia.
65
REFERÊNCIAS
ABDEL-RAHMAN A; DECHKOVSKAIA AM; MEHTA-SIMMONS H; SUTTON
JM; GUAN X; KHAN WA; ABOU-DONIA MB. Maternal exposure to nicotine and
chlorpyrifos, alone and in combination, leads to persistently elevated expression of glial
fibrillary acidic protein in the cerebellum of the offspring in late puberty. Archives of
Toxicology 78: 467-476. 2004.
ABEKAWA T; ITO K; NAKAGAWA S, NAKATO Y, KOYAMA T. Olanzapine and
risperidone block a high dose of methamphetamine-induced schizophrenia-like
behavioral abnormalities and accompanied apoptosis in the medial prefrontal cortex.
Schizophrenia Research 4: 84-94. 2008.
ABOU-DONIA MB; DECHKOVSKAIA AM; GOLDSTEIN LB; ABDEL-RAHMAN
A; BULLMAN SL; KHAN WA. Co-exposure to pyridostigmoine bromide, DEET,
and/or
permethrin
causes
sensorimotor
deficit
and
alterations
in
brain
acetylcholinesterase activity. Pharmacology, Biochemistry and Behavior 77: 253262. 2004.
ABOU-DONIA MB; KHAN WA; DECHKOVSKAIA AM; GOLDSTEIN LB; BULLMAN
SL; ABDEL-RAHMAN A. In utero exposure to nicotine and chlorpyrifos alone, and in
combination produces persistent sensorimotor deficits and Purkinje neuron loss in the
cerebellum of adult offspring rats. Archives of Toxicology 80: 620-31. 2006.
ABREU-VILLAÇA Y; FILGUEIRAS CC; MANHÃES AC. Developmental aspects of the
cholinergic system. Behavioural Brain Research 221: 367-78. 2011.
66
AGUILAR MC; GURPEGUI M; DIAZ FJ; DE LEON J. Nicotine dependence and symptoms
in schizophrenia: naturalistic study of complex interactions. The British Journal of
Psychiatry 186: 215-21. 2005.
AKIYAMA K; KANZAKI A; TSUCHIDA K; UJIKE H. Methamphetamine-induced
behavioral
sensitization
and
its
implications
for
relapse
of
schizophrenia.
Schizophrenia Research 12: 251-7. 1994.
ALLEN RG; TRESINI M. Oxidative stress and gene regulation. Free Radical and Biology
Medicine 28: 463-499. 2000.
ANDRE JM; LEACH PT; GOULD TJ. Nicotine ameliorates NMDA receptor antagonistinduced deficits in contextual fear conditioning through high-affinity nicotinic
acetylcholine receptors in the hippocampus. Neuropharmacology 60: 617-25. 2011.
APA - AMERICAN PSYCHIATRIC ASSOCIATION, “Diagnostic and Statistical Manual
of Mental Diseases”, 4th edition, Washington, DC: APA, 1994.
ASSIS KRCL; LADEIRA MSP; BUENO RCA; SANTOS BFD; DALBEN I; SALVADORI
DMF. Genotoxity of cigarette smoking in maternal and newborn lymphocytes.
Mutation Research 679: 72-78. 2009.
AZAM L; CHEN Y; LESLIC FM. Developmental regulation of nicotinic acetylcholine
receptors within midbrain dopamine neurons. Neuroscience 144: 1347-1360. 2007.
67
BAGUELIN-PINAUD A; ROBERT S; MENARD JF; THIBAUT F. Prenatal exposure to
tobacco and risk for schizophrenia: a retrospective
epidemiological study.
Comprehensive Psychiatric 51: 106-109. 2010.
BARREIROS AL, DAVID JM, DAVID JP. Estresse oxidativo: Relação entre geração de
espécies reativas e defesa do organismo. Química Nova 29: 113-123. 2006.
BAYKAN A; NARIN N; NARIN F; AKGÜN H; YAVAŞCAN S; SARAYMEN R. The
protective effect of melatonin on nicotine-induced myocardial injury in newborn rats
whose mothers received nicotine. Anadolu Kardiyoloji Dergisi 8: 243-248. 2008.
BECKER A; PETERS B; SCHROEDER H; MANN T; HUETHER G; GRECKSCH G.
Ketamine-induced changes in rat behaviour: A possible animal model of schizophrenia.
Progress in Neuro-Psychopharmacology & Biological Psychiatry 27: 687-700. 2003.
BECKER A; GRECKSCH G. Ketamine-induced changes in rat behaviour: a possible animal
model of schizophrenia. Test of predictive
validity.
Progress in Neuro-
Psychopharmacology & Biological Psychiatry 28: 1267-1277. 2004
BERMUDEZ EA; RIFAI N; BURING JE; MANSON JE; RIDKER PM. Relation between
markers of systemic vascular inflammation and smoking in women. The American
Journal of Cardiology 89: 1117-9. 2002.
BLOKHINA EA; KASHKIN VA; ZVARTAU EE; DANYSZ W; BESPALOV AY. Effects
of nicotinic and NMDA receptor channel blockers on intravenous cocaine and nicotine
self-administration in mice. European Neuropsychopharmacology 15: 219-225. 2005.
68
BLOOD-SIEGFRIED J; RENDE EK. The long-term effects of prenatal nicotine exposure on
neurologic development. Journal of Midwifrey Women Healt 55: 143-152. 2010.
BOKSA P. Maternal infection during pregnancy and schizophrenia. Journal Psychiatry
Neuroscience 33: 183–185. 2008.
BON CL; GREENFIELD SA. Bioactivity of a peptide derived from acetylcholinesterase:
electrophysiological characterization in guinea-pig hippocampus. The European
Journal of Neuroscience 17: 1991-1995. 2003.
BOUTWELL BB; BEAVER KM. Maternal cigarette smoking during pregnancy and
offspring externalizing behavioral problems: a propensity score matching analysis.
International Journal of Environmental Research and Public Health 7: 146-163.
2010.
BREIER A; ADLER CM; WEISENFELD N; SU TP; ELMAN I; PICKEN L; MALHOTRA
AK; PICKAR D. Effects of NMDA antagonism on striatal dopamine release in healthy
subjects: application of a novel PET approach. Synapse 29: 142-147. 1998.
BROWN
AS;
BEGG
MD;
GRAVENSTEIN
S;
SCHAEFER
CA;
WYATT
RJ; BRESNAHAN M; BABULAS VP; SUSSER ES; WYATT RJ; BRESNAHAN M;
BABULAS VP; SUSSER ES. Serologic evidence of prenatal influenza in the etiology
of schizophrenia. Archives of General Psychiatry 61: 774-780. 2004.
69
BROWN AS; SUSSER ES. In utero infection and adult schizophrenia. Mental Retardation
and Developmental Disabilities Research Reviews 8: 51-57. 2002.
BROWN AS; SUSSER ES. Prenatal nutritional deficiency and risk of adult schizophrenia.
Schizophrenia Bulletin 34: 1054-1063. 2008.
BUBENÍKOVÁ-VALESOVÁ V; HORÁCEK J; VRAJOVÁ M; HÖSCHL C. Models of
schizophrenia in humans and animals based on inhibition of NMDA receptors.
Neuroscience and Biobehavioral reviews 32: 1014-23. 2008.
CANNON M; JONES PB; MURRAY RM. Obstetric complications and schizophrenia:
historical and meta-analytic review. American Journal of Psychiatry 159: 1080–1092.
2002.
CARFAGNO ML; HOSKINS LA; PINTO ME; YEH JC; RAFFA RB. Indirect modulation of
dopamine D2 receptors as potential pharmacotherapy for schizophrenia: II. Glutamate
Antagonists. The Annals of Pharmacotherapyc 34: 788-97. 2000.
CARLSSON A; WATERS N; HOLM-WATERS S; TEDROFF J; NILSSON M; CARLSSON
ML. Interactions Between Monoamines, Glutamate, and GABA in Schizophrenia: New
Evidence. Annual Review of Pharmacology and Toxicology 41: 237-60. 2001.
CHAN ML; YANG J; KEM S; KLAIDMAN L; SUGAWARA T; CHAN PH; ADAMS JD
Jr. Nicotinamide and ketamine reduce infarct volume and DNA fragmentation in rats
after brain ischemia and reperfusion. Neuroscience Letters 322: 137-40. 2002.
70
CLARKE MC; TANSKANEN A; HUTTUNEN M; WHITTAKER JC; CANNON M.
Evidence for an interaction between familial liability and prenatal exposure to infection
in the causation of schizophrenia. American Journal of Psychiatry 9: 1025-1030.
2009.
CORDEIRO JR Q. Estudo de associação entre os genes do sistema dopaminérgico e
esquizofrenia. Tese de doutorado USP. SP. 2007.
CSERNANSKY JG; MARTIN M; SHAH R; BERTCHUME A; COLVIN J; DONG H.
Cholinesterase inhibitors ameliorate behavioral deficits induced by MK-801 in mice.
Neuropsychopharmacology 30: 2135-2143. 2005.
DAY T; GREENFIELD SA. A non-cholinergic, trophic action of acetylcholinesterase on
hippocampal neurones in vitro: molecular mechanisms. Neuroscience 111: 649-56.
2002.
DE ASSIS KR; LADEIRA MS; BUENO RC; DOS SANTOS BF; DALBEN I; SALVADORI
DM. Genotoxicity of cigarette smoking in maternal and newborn lyphocytes. Mutation
Research 679: 72-78. 2009.
DE LA CASA LG; RUIZ G; LUBOW RE. Amphetamine-produced attenuation of latent
inhibition is modulated by stimulus preexposure duration: implications for
schizophrenia. Biological and Psychiatry 33: 707-11. 1993.
71
DEL ARCO A; MORA F. Glutamate-dopamine in vivo interaction in the prefrontal córtex
modulates the release of dopamine and acetylcholine in the nucleus accumbens of the
awake rat. Journal of Neural Transmission 112: 97-109. 2005.
DEL ARCO A; MORA F. Prefrontal cortex-nucleus accumbens interaction: in vivo
modulation by dopamine and glutamate in the prefrontal cortex. Pharmacology,
Biochemistry and Behavior 90: 226-235. 2008.
DE OLIVEIRA L; FRAGA DB; DE LUCA RD; CANEVER L; GHEDIM FV; MATOS
MP; STRECK EL; QUEVEDO J; ZUGNO AI. Behavioral changes and mitochondrial
dysfunction in a rat model of schizophrenia induced by ketamine. Metabolic Brain
Disease 26: 69-77. 2011.
DE OLIVEIRA L; SPIAZZI CM; BORTOLIN T; CANEVER L; PETRONILHO F; MINA
FG; DAL-PIZZOL F; QUEVEDO J; ZUGNO AI. Different sub-anesthetic doses of
ketamine increase oxidative stress in the brain of rats. Progress in Neuropsychofarmacology & Biological Psychiatry 33: 1003-1008. 2009.
DO KQ; CABUNGCAL JH; FRANK A; STEULLET P; CUENOD M. Redox dysregulation,
neurodevelopment, and schizophrenia. Current Opinion in Neurobiology 19: 220-230.
2009.
DO KQ; TRABESINGER AH; KIRSTEN-KRUGER M; LAUER CJ; DYDAK U; HELL D;
HOLSBOER F; BOESIGER P; CUENOD M. Schizophrenia: glutathione deficit in
cerebrospinal fluid and prefrontal cortex in vivo. The European Journal of
Neuroscience 12: 3721-3728. 2000.
72
DOMINO EF; KRAUSE RR; BOWERS J. Various enzymes involved with putative
neurotransmitters. Regional distribution in the brain of deceased mentally normal,
chronic schizophrenics or organic brain syndrome patients. Archives of General
Psychiatry 29: 195-201. 1973.
DONG H; XIANG YY; FARCHI N; JU W; WU Y; CHEN L; WANG Y; HOCHNER
B; YANG B; SOREQ H; LU WY. Excessive expression of acetylcholinesterase impairs
glutamatergic synaptogenesis in hippocampal neurons. The Journal of Neuroscience
24: 8950-8960. 2004.
DRENAN RM; GRADY SR; STEELE AD; MCKINNEY S; PATZLAFF NE; MCINTOSH
JM; MARKS MJ; MIWA JM; LESTER HA. Cholinergic modulation of locomotion and
striatal dopamine release is mediated by alpha6alpha4* nicotinic acetylcholine
receptors. Journal of Neuroscience 30: 9877-9889.2010.
DRINGEN R. Metabolism and functions of glutathione in brain. Progress in Neurobiology
62: 649-671. 2000.
D’ SOUZA MS; MARKOU A. Schizophrenia and tobacco smoking comorbidity: nAChR
agonists
in
the
treatment
of
schizophrenia-associated
cognitive
deficits.
Neuropharmacology 2011. In press.
ELKIS H. Evolução do conceito e quadro clínico nos dias de hoje. In: Louzã Neto MR,
Elkis H. Esquizofrenia: abordagem atual. São Paulo: Lemos Editorial; 1999.
73
EMMETT SR; GREENFIELD SA. A peptide derived from the C-terminal region of
acetylcholinesterase modulates extracellular concentrations of acetylcholinesterase in
the rat substantia nigra. Neuroscience Letters 358: 210-214. 2004.
EPPOLITO AK; BACHUS SE; MCDONALD CG; MEADOR-WOODRUFF JH; SMITH
RF. Late emerging effects od prenatal and early postnatal nicotine exposure on the
cholinergic system and anxiety-like behavior. Neurotoxicology and Teratology 32:
336-345. 2010.
ERNST M; MOOLCHAN ET; ROBINSON ML. Behavioral and neural consequences of
prenatal exposure to nicotine. Journal of the American Academy of Child and
Adolescent Psychiatry 40: 630-641. 2001.
FOERSTER A; LEWIS SW; OWEN MJ; MURRAY RM. Low birth weight and a family
history of schizophrenia predict poor premorbid
functioning in psychosis.
Schizophrenia Research 5: 13-20. 2001.
GATZKE-KOOP LM. The canary in the coalmine: the sensitivity of mesolimbic dopamine to
environmental adversity during development. Neuroscience and Biobehavioral
Reviews 35: 794-803. 2010.
GEULA C; NAGYKERY N. Butyrylcholinesterase activity in the rat forebrain and upper
brainstem: Postnatal development and adult distribution. Experimental Neurology 204:
640-657. 2007.
74
GILMOUR G; DIX S; FELLINI L; GASTAMBIDE F; PLATH N; STECKLER T; TALPOS
J; TRICKLEBANK M. NMDA receptors, cognition and schizophrenia – Testing the
validity of the NMDA receptor hypofunction hypothesis. Neuropharmacology 2011. In
press.
GLENTHØJ B; MOGENSEN J; LAURSEN H; HOLM S; HEMMINGSEN R. Electrical
sensitization of the meso-limbic dopaminergic system in rats: a pathogenetic model for
schizophrenia. Brain Research 619: 39-54. 1993.
GRIMA G; BENZ B; PARPURA V; CUÉNOD M; DO KD. Dopamine-induced oxidative
stress in neurons with glutathione deficit: implication for schizophrenia. Schizophrenia
Research 62: 213-224. 2003.
GUAN ZZ; ZHANG X; BLONNOW K; NORDBERG A. Decreased protein level of nicotinic
receptor alpha7 subunit in the frontal cortex from schizophrenic brain. Neuroreport 10:
1779-1782. 1999.
HALLIWELL B. Drug antioxidant effects.A basis for drug selection? Drugs 42: 569-605.
1991.
HALLIWELL B. Antioxidant defence mechanisms: from the beginning to the end (of the
beginning). Free Radical Research 31: 261-272. 1999.
HAROUTUNIAN V; DAVIDSON M; KANOF PD; PERL DP; POWCHIK P; LOSONCZY
M; MCCRYSTAL J; PUROHIT DP; BIERER LM; DAVIS KL. Cortical cholinergic
markers in schizophrenia. Schizophrenia Research 12: 137-144. 1994.
75
HAUKVIK UK; LAWYER G; BJERKAN PS; HARTBERG CB; JÖNSSON EG; MCNEIL
T; AGARTZ I. Cerebral cortical thickness and a history of obstetric complications in
schizophrenia. Journal of Psychiatric Research 43: 1287-1293. 2009.
HEATH CJ; KING SL; GOTTI C; MARKS MJ; PICCIOTTO MR. Cortico-thalamic
connectivity is vulnerable to nicotine exposure during early postnatal development
through α4/β2/α5 nicotinic acetylcholine receptors. Neuropsychopharmacology 35:
2324-38. 2010.
HERKEN H; UZ E; OZYURT H; SOGUT S; VIRIT O; AKYOL O. Evidence that the
activities of erythrocyte free radical scavenging enzymes and the products of lipid
peroxidation are increased in different forms of schizophrenia. Molecular Psychiatry
6: 66-73. 2001.
HOLCOMB HH; LAHTI AC; MEDOFF DR; WEILER M; TAMMINGA CA. Sequential
regional cerebral blood flow brain scans using PET with H2(15)O demonstrate
ketamine actions in CNS dynamically. Neuropsychopharmacology 25: 165-172. 2001.
HOFFMANN HM; NADAL R; VIGNES M; ORTIZ J. Chronic cocaine self-administration
modulates ERK1/2 and CREB responses to dopamine receptor agonists in striatal slices.
Addiction Biology 2011. In press.
HONG LE; YANG X; WONODI I; HODGKINSON CA; GOLDMAN D; STINE OC;
STEIN ES; THAKER GK. A CHRNA5 allele related to nicotine addiction and
schizophrenia. Genes, Brain and Behavior 10: 530-5. 2011.
76
HROUDOV’A J; FIŠAR Z. Connectivity between mitochondrial functions and psychiatric
disorders. Psychiatric and Clinical Neurosciences 65: 130-141. 2011.
IMRE G; FOKKEMA DS; DEN BOER JA; TER HORST GJ. Dose-responsecharacteristics
of ketamine effect on locomotion, cognitive functionand central neuronal activity.
Brain Research Bulletin 69: 338-345. 2006.
IQBAL N; VAN PRAAG H. The role of serotonin in schizophrenia. European of
Neuropsychopharmacology Suplement: 11-23. 1995.
IZZOTTI A; BALANSKY RM; CARTIGLIA C; CAMOIRANO A; LONGOBARDI M; DE
FLORA S. Genomic and transcriptional alterations in mouse fetus liver after
transplacental exposure to cigarette smoke. The FASEB Journal 17: 1127-1129. 2003.
JACOBSEN L; SLOTKIN T; WESTERVELD M; MENCL WE, PUGH KR. Visuospatial
memory deficits emerging during nicotine withdrawal in adolescents with prenatal
exposure to active maternal smoking. Neuropsychopharmacology 31: 1550-1561.
2006.
JALILI T; MURTHY GG; SCHIESTL RH. Cigarette smoke induces DNA deletions in the
mouse embryo. Cancer Research 58: 2633-8. 1998.
JIANG L; ROLE LW. Facilitation of cortico-amygdala synapses by nicotine: activitydependent modulation of glutamatergic transmission. Journal of Neurophysiology 99:
1988-99. 2008.
77
JUNN E; MOURADIAN MM. Apoptotic signaling in dopamine-induced cell death: the role
of oxidative stress, p38 mitogen-activated protein kinase, cytochrome c and caspases.
Journal of Neurochemistry 78: 374-383. 2001.
KAY SR; FISZBEIN A; OPLER LA. The positive and negative syndromescale (PANSS) for
schizophrenia. Schizophrenia Bulletin 13: 261-76. 1987.
KOPSIDA E; MIKAELSSON MA; DAVIES W. The role of imprinted genes in mediating
susceptibility to neuropsychiatric disorders. Hormone and Behavior 2010. In press.
KOSECIK M; EREL O; SEVINC E; SELEK S. Increased oxidative stress in children exposed
to passive smoking. International Journal of Cardiology 100: 61–64. 2005.
KOUTSOVITI-PAPADOPOULOU M; KOUNENIS G; ELEZOGLOU V. Ketamine protects
acetylcholinesterase against inhibition by propoxur and phoxim. Pharmacological
Research 30: 117-122. 1994.
LAHTI AC; KOFFEL B; LAPORTE D; TAMMINGA CA. Subanesthetic doses of ketamine
stimulate psychosis in schizophrenia. Neuropsychopharmacology 13: 9-19. 1995.
LARA D; GAMA C; ABREU PB; KAPCZINSKI F; QUEVEDO J; IZQUIERDO I.
Esquizofrenia. In: Bases Biológicas dos Transtornos Psiquiátricos. 2 aed. Artmed. Porto
Alegre. 285-297. 2004.
78
LAVIOLA G; ADRIANI W; GAUDINO C; MARINO R; KELLER F. Paradoxical effects of
prenatal acetylcholinesterase blockade on neuro-behavioral development and druginduced stereotypies in reeler mutant mice. Psychopharmacology 187: 331-344. 2006.
LEE PR; BRADY DL; SHAPIRO RA; DORSA DM; KOENIG JI. Prenatal stress generates
deficits in rat social behavior: Reversal by oxytocin. Brain Research 1156: 152–167.
2007.
LE PEN G; GROTTICK AJ; HIGGINS GA; MARTIN JR; JENCK F; MOREAU JL. Spatial
and associative learning deficits induced by neonatal excitotoxic hippocampal damage in rats:
Further evaluation of an animal model of schizophrenia. Behavioral Pharmacology 11: 257268. 2000.
LE PEN G; MOREAU JL. Disruption of prepulse inhibition of startle reflex in a
neurodevelopmental model of schizophrenia: Reversal by clozapine, olanzapine and
risperidone but not by haloperidol. Neuropsychopharmacology 27: 1–11. 2002.
LEROY C; BRAGULAT V; BERLIN I; GRÉGOIRE MC; BOTTLAENDER M;
ROUMENOV D; DOLLÉ F; BOURGEOIS S; PENTTILÄ J; ARTIGES E;
MARTINOT JL; TRICHARD C. Cerebral monoamine oxidase A inhibition in tobacco
smokers confirmed with PET and [11C] befloxatone. Journal of Clinical
Psychopharmacology 29: 86-88. 2009.
LV J; MAO C; ZHU L; ZHANG H; PENGPENG H; XU F; LIU Y; ZHANG L; XU Z. The
effect of prenatal nicotine on expression of nicotine receptor subunits in the fetal brain.
Neurotoxicology 29: 722-6. 2008.
79
MACHADO-VIEIRA R; IBRAHIM L; ZARATE CA. Histone deacetylases and mood
disorders:
epigenetic
programming
in
gene-environment
interactions.
CNS
Neuroscience & Therapeutics 2010. In press.
MACIAG A; BIALKOWSKA A; ESPIRITU I; POWELL D; ALVORD WG; KASPRZAK
KS;
ANDERSON
LM;
WITSCHI
HR.
Gestation
stage-specific
oxidative
deoxyribonucleic acid damage from sidestream smoke in pregnant rats and their fetuses.
Archives of Environmental Health 58: 238-244. 2003.
MACK A; ROBITZKI; A. The key role of butyrylcholinesterase during neurogenesis and
neural disorders: an antisense-5′butyrylcholinesterase- DNA study. Progress in
Neurobiology 60: 607–628. 2000.
MACKILLOP J; TIDEY JW. Cigarette demand and delayed reward discounting in nicotine
dependent
individuals
with
schizophrenia
and
controls:
an
initial
study.
Psychopharmacology (Berl) 216: 91-9. 2011.
MAGGI L; LE MAGUERESSE C; CHANGEUX JP; CHERUBINI E. Nicotine activates
immature “silent” connections in the developing hippocampus. Proceedings of the
National Academy Sciences of the USA 100: 2059-64. 2004.
MANSVELDER HD; MERTZ M; ROLE LW. Nicotinic modulation of synaptic transmission
and plasticity in cortico-limbic circuits. Seminars in Cell Developmental Biology 20:
432-40. 2009.
80
MARTIN JA; KOCHANEK KD; STROBINO DM; GUYER B; MACDORMAN MF.
Annual summary of vital statistics--2003. Pediatrics 115:619-34. 2005.
MARTÍNEZ-TÉLLEZ RI; HERNÁNDEZ-TORRES E; GAMBOA C; FLORES G. Prenatal
stress alters spine density and dendritic length of nucleus accumbens and hippocampus
neurons in rat offspring. Synapse 63: 794-804. 2009.
MC ARTHUR S; MCHALE E; DALLEY JW; BUCKINGHAM JC; GILLIES GE. Altered
mesencephalic dopaminergic populations in adulthood as a consequence of brief
perinatal glucocorticoid exposure. Journal of Neuroendocrinology 17: 475-82. 2005.
MESSIAS EL; CHEN CY; EATON WW. Epidemiology of schizophrenia: review of findings
and myths. The Psychiatric Clinics of North American 30: 323-38. 2007.
MESULAM MM; GEULA C. Acetylcholinesterase-rich neurons of the human cerebral
cortex: cytoarchitectonic and ontogenetic patterns of distribution. The Journal of
Comparative Neurology 306: 193-220. 1991.
MEYER JM. Antipsychotic safety and efficacy concerns. Journal of Clinical Psychiatry 68:
20-26. 2007.
MIAO H; LIU C; BISHOP K; GONG ZH; NORDBERG A; ZHANG X. Nicotine exposure
during a critical period of development leads to persistent changes in nicotinic
acetylcholine receptors of adult rat brain. Journal of Neurochemistry 70: 752-762.
1998.
81
MIYAZAKI I; ASANUMA M. Dopaminergic neuron-specific oxidative stress caused by
dopamine itself. Acta Medica Okayama 62: 141-50. 2008.
MOGHADDAM B; ADAMS B; VERMA A; DALY D. Activation of glutamatergic
neurotransmission by ketamine: a novel step in the pathway from NMDA receptor
blockade to dopaminergic and cognitive disruptions associated with the prefrontal
cortex. The Journal of Neuroscience 17: 2921-7. 1997.
MOLZ S; THARINE DC; DECKER H; TASCA CI. GMP prevents excitotoxicity mediated
by NMDA receptor activation but not by reversal activity of glutamate transporters in
rat hippocampal slices. Brain Research 1231: 113-120. 2008.
MOONEY LA; SANTELLA RM; COVEY L; JEFFREY AM; BIGBEE W; RANDALL MC;
COOPER TB; OTTMAN R; TSAI WY; WAZNEH L. Decline of DNA damage and
other biomarkers in peripheral blood following smoking cessation. Cancer
Epidemiology, Biomarkers & Prevention 4: 627-634. 1995.
MOORE H; TODD CL; GRACE AA. Striatal extracellular dopamine levels in rats with
haloperidol-induced depolarization block of substantia nigra dopamine neurons.
Journal of Neuroscience 18: 5068-5077. 1998.
MOORE JW; TURNER DC; CORLETT PR; ARANA FS; MORGAN HL; ABSALOM AR;
ADAPA R; DE WIT S; EVERITT JC; GARDNER JM; PIGOTT JS; HAGGARD P;
FLETCHER PC. Ketamine administration in healthy volunteers reproduces aberrant
agency experiences associated with schizophrenia. Cognitive Neuropsychiatry 6: 1-18.
2011.
82
MÜLLER N; SCHWARZ MJ. Immune system and schizophrenia. Current Immunology 6:
213-220. 2010.
NAEYE RL. Cognitive and behavioral abnormalities in children whose mothers smoked
cigarettes during pregnancy. Journal of Developmental and Behavioral Pediatrics
13:425–428. 1992.
NESTLER EJ; HYMAN SE. Animal models of neuropsychiatric disorders. Nature
Neuroscience 13: 1161-9. 2010.
NIKAM SS; AWASTHI AK. Evolution of schizophrenia drugs: a focus on dopaminergic
systems. Current Opinion in Investigation Drugs 9: 37-46. 2008.
NUECHTERLEIN KH; GREEN MF; KERN RS; BAADE LE; BARCH DM; COHEN JD;
ESSOCK S; FENTON WS; FRESE FJ; GOLD JM; GOLDBERG T; HEATON RK;
KEEFE RS; KRAEMER H; MESHOLAM-GATELY R; SEIDMAN LJ; STOVER E;
WEINBERGER DR; YOUNG AS; ZALCMAN S; MARDER SR. The MATRICS
consensus cognitive battery. Part 1. Test selection, reliability, and validity. The
American Journal of Psychiatry 165: 203-13. 2008.
OHMURA Y; JUTKIEWICZ EM; ZHANG A; DOMINO EF. Dopamine D(1/5) and D(2/3)
agonists differentially attenuate somatic signs of nicotine withdrawal in rats.
Pharmacology Biochemistry and Behavior 99: 552-556. 2011.
PATTERSON PH. Maternal influenza infection leads to neuropathology and behavioral
abnormalities in adult offspring. Neuropsychopharmacology 30: S9–S9. 2005.
83
PAULY JR; SPARKS JA; HAUSER KF; PAULY TH. () In utero nicotine exposure causes
persistent, gender-dependant changes in locomotor activity and sensitivity to nicotine in
C57Bl/6 mice. International Journal of Developmental Neuroscience 22: 329-37.
2004.
PAZVANTOGLU O; SELEK S; OKAY IT; SENGUL C; KARABEKIROGLU K; DILBAZ
N; EREL O. Oxidative mechanisms in schizophrenia and their relationship with illness
subtype and symptom profile. Psychiatry and Clinical Neurosciences 63: 693-700.
2009.
PIENTELLI A; BOCCONI L; BOSCHETTO C; KUSTERMANN A; NICOLINI U.
Differences and similarities in the intra-uterine behaviour of monozygotic and dizygotic
twins. Twin Research 2: 264–273. 1999.
PRESCOTT C; GOTTESMAN I. Genetically mediated vulnerability to schizophrenia.
Psychotic Clinical North America 16: 245-266. 1993.
PTAK C; PETRONIS A. Epigenetic approaches to psychiatric disorders. Dialogues Clinical
Neuroscience 12: 25-35. 2010.
QIN P. The impact of psychiatric illness on suicide: Differences by diagnosis of disorders and
by sex and age of subjects. Journal of Psychiatric Research 2011. In press.
RADONJIĆ NV; PETRONIJEVIĆ ND; VUCKOVIĆ SM; PROSTRAN MS; NESIĆ ZI;
TODOROVIĆ VR; PAUNOVIĆ VR. Baseline temperature in an animal model of
84
schizophrenia: long-term effects of perinatal phencyclidine administration. Physiology
and Behavior 93: 437-443. 2008.
RAPAPORT JL; ADDINGTON AM; FRANGOU S; PSYCH MR . The neurodevelopmental
model of schizophrenia: update 2005. Molecular Psychiatry 10: 434-449. 2005.
RASMUSSEN BA; PERRY DC; O’NEIL J; MANAYE KF; TIZABI Y. Effects of nicotine
on sensorimotor gating impairment induced by long-term treatment with neurotoxic
NMDA antagonism. Neurotoxicity Research 13: 151-61. 2008.
RAZOUX F; GARCIA R; LÉNA I. Ketamine, at a dose that disrupts motor behavior and
latent inhibition, enhances prefrontal cortex synaptic efficacy and glutamate release in
the nucleus accumbens. Neuropsychopharmacology 32: 719-27. 2007.
RICHTER PA, LI AP, POLZIN G, ROY SK. Cytotoxicity of eight cigarette smoke
condensates in three test systems: comparisons between assays and condensates.
Regulatory Toxicology and Pharmacology 58: 428-36. 2010.
RODVELT KR; SCHACHTMAN TR; KRACKE GR; MILLER DK. NMDA receptor
blockade augmented nicotine-evoked dopamine release from rat prefrontal cortex slices.
Neuroscience Letters 440: 319-322. 2008.
ROGERS TD; DICKSON PE; HECK DH; GOLDOWITZ D; MITTLEMAN G; BLAHA CD.
Connecting the dots of cerebellar role in cognitive function: Neuronal pathways for
cerebellar modulation of dopaminerelease in the prefrontal cortex. Synapse 2011. In
press.
85
ROTH TL; LUBIN FD; SODHI M; KLEINMAN JE. Epigenetic mechanisms in
schizophrenia. Biochimical and Biophysical Acta 1790: 869-877. 2009.
RUDIN M; BEN-ABRAHAM R; GAZIT V; TENDLER Y; TASHLYKOV V; KATZ Y.
Single-dose ketamine administration induces apoptosis in neonatal mouse brain.
Journal of Basic and Clinical Physiology and Pharmacology 16: 231-243. 2005.
SCHNEIDER T; ILOTT N; BROLESE G; BIZARRO L; ASHERSON PJ; STOLERMAN IP.
Prenatal exposure to nicotine impairs performance of the 5-choice serial reaction time
task in adult rats. Neuropsychopharmacology 36: 1114-25. 2011.
SCHOOLER N, RABINOWITZ J, DAVIDSON M, EMSLEY R, HARVEY PD, KOPALA
L, MCGORRY PD, VAN HOVE I, EERDEKENS M, SWYZEN W, DE SMEDT G.
Risperidone and haloperidol in first-episode psychosis: a long-term randomized trial.
American Journal Psychiatry 162: 947-953. 2005.
SEEMAN P. Dopamine receptors and the dopamine hypothesis of schizophrenia. Synapse
1:133-152. 1987.
SEET RC; LEE CY; LOKE WM; HUANG SH; HUANG H; LOOI WF; CHEW ES; QUEK
AM; LIM EC; HALLIWELL B. Biomarkers of oxidative damage in cigarette smokers:
which biomarkers might reflect acute versus chronic oxidative stress? Free Radical
and Biology Medicine 50: 1787-93. 2011.
SHEA AK; STEINER M. Cigarette smoking during pregnancy. Nicotine & Tobacco
Research 10: 267-78. 2008.
86
SHENOUDA J; GREEN P; SULTATOS L. An evaluation of the inhibition of human
butyrylcholinesterase and acetylcholinesterase by the organophosphate chlorpyrifos
oxon. Toxicology and Applied Pharmacology 241: 135-42. 2009.
SIDDIQUI MA; KASHYAP MP; KHANNA VK; YADAV S; AL-KHEDHAIRY AA;
MUSARRAT J; PANT AB. Association of dopamine DA-D2 receptor in rotenoneinduced cytotoxicity in PC12 cells. Toxicology Industrial Health 26: 533-42. 2010.
SLOTKIN TA; RYDE IT; WRENCH N; CARD JA; SEIDLER FJ. Nonenzymatic role of
acetylcholinesterase in neuritic sprouting: regional changes in acetylcholinesterase and
choline acetyltransferase after neonatal 6-hydroxydopamine lesions. Neurotoxicology
and Teratology 31: 183-6. 2009.
SMITH JW; GASTAMBIDE F; GILMOUR G; DIX S; FOSS J; LLOYD K; MALIK N;
TRICKLEBANK M. A comparison of the effects of ketamine and phencyclidine with
other antagonists of the NMDA receptor in rodent assays of attention and working
memory. Psychopharmacology 2011. In press.
SMITH SEP; LI J; GARBETT K; MIRNICS K; PATTERSON PH. Maternal immune
activation alters fetal brain in development through interleukin-6. The Journal of
Neuroscience 27: 10695-10702. 2007.
SNYDER SH. The dopamine hypothesis of schizophrenia: Focus on the dopamine receptor.
The American Journal Psychiatry 133: 197- 202. 1976.
87
SOREQ H; SEIDMAN S. Acetylcholinesterase--new roles for an old actor. Nature Reviews.
Neuroscience 2: 294-302. 2001.
SRINIVASAN R; PANTOJA R; MOSS FJ; MACKEY ED; SON CD; MIWA J; LESTER
HA. Nicotine up-regulates alpha4beta2 nicotinic receptors and ER exit sites via
stoichiometry-dependent chaperoning. The Journal of General Physiology 137: 59-79.
2011.
SULLIVAN PF; KENDLER KS; NEALE MC. Schizophrenia as a complex trait: evidence
from a meta-analysis of twin studies. Archives of General Psychiatry 60: 1187-1192.
2003.
SUSSER E; ST CLAIR D; HE L. Latent effects of prenatal malnutrition on adult health: the
example of schizophrenia. Annals New York Academic Science 1136: 85–92. 2008.
STATHIS SL; O'CALLAGHAN DM; WILLIAMS GM; NAJMAN JM; ANDERSEN MJ;
BOR W. Maternal cigarette smoking during pregnancy is an independent predictor for
symptoms of middle ear disease at five years postdelivery. Pediatrics 104: 116. 1999.
STOET G; SNYDER LH. Effects of the NMDA antagonist ketamine on task-switching
performance:
evidence
for
specific
impairments
of
executive
control.
Neuropsychopharmacology 31: 1675-81. 2006.
STOPPER H; SCHUPP N; FAZELI G; DIETEL B; QUEISSER N; WALITZA S;
GERLACH M. Genotoxicity of the neurotransmitter dopamine in vitro. Toxicology in
Vitro 23: 640-646. 2009.
88
TAKAHATA R; MOGHADDAM B. Activation of glutamate neurotransmission in the
prefrontal cortex sustains the motoric and dopaminergic effects of phencyclidine.
Neuropsychopharmacology 28: 1117-1124. 2003.
TALBOT PS; LARUELLE M. The role of in vivo imaging with PET and SPECT in the
eluciation of psychiatry drug action and new drug development. European of
Neuropsychopharmacology 12: 503-511. 2002.
TOST H; MEYER-LINDENBERG A. Dopamine-glutamate interactions: a neural
convergence mechanism of common schizophrenia risk variants. Biological Psychiatry
69: 912-3. 2011.
VAN OS J; KENIS G; RUTTEN BP. The environment and schizophrenia. Nature 468: 20312. 2010.
VOLLENWEIDER FX; VONTOBEL P; OYE I; HELL D; LEENDERS KL. Effects of (S)ketamine on striatal dopamine: a [11C]raclopride PET study of a model psychosis in
humans. Journal of Psychiatric Research 34: 35-43. 2000.
WANG F; CHEN H; STEKETEE JD; SHARP BM. Upregulation of ionotropic glutamate
receptor subunits within specific mesocorticolimbic regions during chronic nicotine
self-administration. Neuropsychopharmacology 32: 103-9. 2007.
WALKIN A; SANFILIPO M; ANGRIST B; DUNCAN E; WIELAND S; WOLF AP;
BRODIE JD; COOPER TB; LASKA E; ROTROSEN JP. Acute d-amphetamine
89
challenge in schizophrenia: effects on cerebral glucose utilization and clinical
symptomatology. Biological and Psychiatry 36: 317-25. 1994.
WANNMACHER L. Antipsicóticos atípicos: mais eficazes, mais seguros? Uso Racional de
medicamentos:
temas
selecionados.
Organização
Pan-Americana
de
Saúde/Organização Mundial da Saúde – Brasil 1: 1-6. 2004.
WEINSTOCK M. Alterations induced by gestational stress in brain morphology and
behaviour of the offspring. Progress in Neurobiology 65: 427-451. 2001.
WIEBE SA; ESPY KA; STOPP C et al. Gene–environment interactions across development:
exploring DRD2 genotype and prenatal smoking on self-regulation. Development of
Psychology 45: 31–44. 2009.
WONNACOTT S; BARIK J; DICKINSON J; Jones IW. Nicotinic receptors modulate
transmitter cross talk in the CNS: nicotinic modulation of transmitters. Journal of
Molecular Neuroscience 30: 137-40. 2006.
XU J; ANDREASSI M. Reversible histone methylation regulates brain gene expression and
behavior. Hormones and Behavior 2010. In press.
ZAKHAROVA ES; DANYSZ W; BESPALOV AY. Drug discrimination analysis of NMDA
receptor
channel
blockers
as
nicotinic
Psychopharmacology 179: 128-35. 2005.
receptor
antagonists
in
rats.
90
ZHANG XY; CHEN C; XIU MH; WANG F; QI LY; SUN HQ; CHEN S; HE SC; WU GY;
HAILE CN; KOSTEN TA; LU L; KOSTEN TR. The novel oxidative stress marker
thioredoxin is increased in first-episode schizophrenic patients. Schizophrenia
Research 113: 151-157. 2009.
ZHAO Z; REECE EA. Nicotine-induced embryonic malformations mediated by apoptosis
from increasing intracellular calcium and oxidative stress. Birth Defects Research.
Part B Developmental Reproductive Toxicology 74: 383-91. 2005.