Effets du modafinil sur le comportement et les paramètres de dommages oxydatifs dans le cerveau des rats Wistar
Abstract
Les effets du modafinil (MD) sur le comportement et les dommages oxydatifs aux protéines et aux lipides dans le cerveau des rats ont été évalués. Des rats Wistar ont reçu une administration unique par gavage d’eau ou de MD (75, 150 ou 300 mg/kg). Les paramètres comportementaux ont été évalués dans un appareil en champ libre 1, 2 et 3 heures après l’administration du médicament. Les substances réactives à l’acide thiobarbiturique (TBARS) et la formation de carbonyle dans les protéines ont été mesurées dans le cerveau. La MD a augmenté l’activité locomotrice à la dose la plus élevée 1 et 3 h après l’administration. L’administration de MD à la dose de 300 mg/kg a augmenté les visites au centre du champ libre 1 h après l’administration ; cependant, 3 h après l’administration, toutes les doses administrées de MD ont augmenté les visites au centre du champ libre. La dose de 300 mg/kg de MD a augmenté les dommages lipidiques dans l’amygdale, l’hippocampe et le striatum. En outre, MD a augmenté les dommages protéiques dans le cortex préfrontal, l’amygdale et l’hippocampe ; toutefois, cet effet varie en fonction de la dose administrée. En revanche, l’administration de 75 et 300 mg/kg de DM a réduit les lésions protéiques dans le striatum. Cette étude a démontré que l’administration de MD induit des changements comportementaux, qui dépendent de la dose utilisée. En outre, les effets de la MD sur les paramètres de dommages oxydatifs semblaient être dans une région du cerveau et des doses spécifiques.
1. Introduction
Le modafinil (MD) est un médicament psychoactif non amphétaminergique fréquemment prescrit pour le traitement du sommeil, comme la narcolepsie, le syndrome d’apnée obstructive du sommeil et le trouble du sommeil lié au travail posté . En outre, il est bien décrit dans la littérature que la MD améliore la fonction dans un certain nombre de domaines cognitifs ainsi que la mémoire de travail et la mémoire épisodique . Ces effets de la MD sur la mémoire ont également été décrits chez des patients psychiatriques, ce qui suggère que ce médicament est un excellent candidat pour le traitement du dysfonctionnement cognitif dans les troubles psychiatriques. En outre, la recherche clinique a montré que la MD améliore les symptômes chez les patients souffrant de dépression majeure, de trouble bipolaire, de schizophrénie et de trouble déficitaire de l’attention/hyperactivité (TDAH) .
Le mécanisme d’action de la MD est mal compris ; cependant, on sait que ce médicament a un effet important sur les catécholamines, la sérotonine, le glutamate, l’acide gamma amino-butyrique, l’orexine et les systèmes d’histamine dans le cerveau . En outre, des études montrent que le MD inhibe le transporteur de la dopamine, ce qui augmente la neurotransmission dopaminergique dans les circuits de la vigilance. Il a été démontré que les psychostimulants tels que l’amphétamine, qui agissent également sur divers systèmes de neurotransmetteurs, ont un effet prononcé sur le comportement, y compris la génération de la peur, de l’anxiété et de l’hyperactivité. Cependant, la MD est moins liée à des effets secondaires tels que l’hyperactivité, l’anxiété, la nervosité ou les effets de rebond que les stimulants traditionnels .
Plusieurs études ont suggéré que l’administration de psychostimulants peut entraîner un stress oxydatif dans le cerveau des rats. Le cerveau est particulièrement vulnérable à la production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) car il métabolise 20 % de l’oxygène total du corps et a une capacité antioxydante limitée . L’administration chronique de psychostimulants tels que le méthylphénidate, la m-amphétamine et la d-amphétamine chez les rats a induit une augmentation de la production de superoxyde, des dommages oxydatifs aux protéines, aux lipides et à l’ADN, ainsi que des modifications des enzymes antioxydantes et des complexes de la chaîne respiratoire mitochondriale .
Par conséquent, le but de la présente étude était d’évaluer l’effet de la MD sur le comportement et les paramètres du stress oxydatif dans l’hippocampe, le cortex préfrontal, l’amygdale et le striatum des rats.
2. Méthodes expérimentales
2.1. Animaux
Les sujets étaient des rats Wistar mâles adultes (pesant 250-350 g) obtenus de notre colonie d’élevage. Les animaux étaient logés par cinq dans une cage avec de la nourriture et de l’eau disponibles ad libitum et ont été maintenus sur un cycle lumière/obscurité de 12 heures (lumières allumées à 7h00) à une température de °C. Toutes les procédures expérimentales ont été réalisées conformément à l’approbation du Comité d’éthique local pour l’utilisation des animaux de l’Universidade do Extremo Sul Catarinense. Toutes les expériences ont été réalisées au même moment de la journée pour éviter les variations circadiennes.
2.2. Médicaments et procédures pharmacologiques
La MD (Libbs Farmacêutica Ltda) a été suspendue dans le véhicule-véhicule : 1% de méthylcellulose dans l’eau. Les solutions ont été préparées immédiatement avant utilisation et ont été protégées de la lumière pendant la session expérimentale. La solution en suspension était sous agitation pendant toute la durée de l’injection. Le groupe témoin a reçu le véhicule.
2.3. Plan expérimental
Le nombre total de rats utilisés dans cette expérience était de 40 ( animaux par groupe). Les animaux ont reçu une dose unique de MD (75, 100 ou 300 mg/kg de poids corporel) dans un volume de 1 mL/kg, administrée par gavage. Le groupe témoin a reçu un véhicule dans un volume de 1 mL/kg. L’activité locomotrice a été mesurée 1, 2 et 3 h après l’injection, et les rats ont été tués par décapitation juste après la tâche en champ libre.
2.4. Activité locomotrice
L’activité locomotrice a été évaluée en utilisant la tâche de champ ouvert comme décrit précédemment . Cette tâche a été réalisée dans un open-field de 40 × 60 cm entouré de murs de 50 cm de haut, en contreplaqué marron, le sol étant divisé en 9 carrés égaux par des lignes noires. Les animaux ont été délicatement placés sur le rectangle arrière gauche et laissés libres d’explorer l’arène pendant 5 minutes. Dans le test en champ ouvert, les paramètres comportementaux suivants ont été évalués.
Croisements (activité locomotrice/activité horizontale) : le nombre total de carrés traversés par les rats pendant toute la période de test a été compté.
Dressages (activité exploratoire/activité verticale) : la posture totale en érection des rats pendant toute la période de test a été comptée.
Visites au centre du champ ouvert : le nombre total de visites au centre du champ ouvert a été compté. Un carré central de cm a été défini comme la zone « centrale » du champ.
2.5. Mesure des marqueurs de dommages oxydatifs
Les rats ont été traités avec le MD ou l’eau comme décrit ci-dessus et ont été tués par décapitation 3 h après la dernière injection et leurs cerveaux ont été retirés et disséqués pour évaluer les niveaux de dommages oxydatifs dans le cortex préfrontal, l’amygdale, l’hippocampe et le striatum. Les TBARS et les formations de carbonyle des protéines ont été mesurés comme décrit précédemment .
2.6. Substances réactives de l’acide thiobarbiturique (TBARS)
La formation de TBARS pendant une réaction de chauffage acide a été mesurée comme un indice de la production de ROS, qui est largement adopté comme une méthode sensible pour la mesure de la peroxydation lipidique, comme décrit précédemment . En bref, les échantillons ont été mélangés avec 1 ml d’acide trichloracétique à 10 % (TCA) et 1 ml d’acide thiobarbiturique à 0,67 % (TBA), puis chauffés dans un bain-marie bouillant pendant 15 minutes. Les TBARS ont été déterminés par l’absorbance à 535 nm. Les résultats sont exprimés en équivalents MDA (malondialdéhyde) (nmol/mg de protéine).
2.7. Mesure des carbonyles des protéines
Les dommages oxydatifs aux protéines ont été évalués par la détermination des groupes carbonyles basée sur la réaction avec la dinitrophénylhydrazine (DNPH) comme décrit précédemment . Brièvement, les protéines ont été précipitées par l’ajout d’acide trichloracétique à 20% et redissoutes dans la DNPH et l’absorbance lue à 370 nm.
2,8. Analyse statistique
Toutes les analyses ont été effectuées avec le progiciel statistique pour les sciences sociales version 19.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). Toutes les données sont présentées sous forme de moyenne ± SEM. Les différences entre les groupes dans l’analyse comportementale ont été vérifiées en utilisant une analyse de variance à mesures répétées pour accéder à la courbe de réponse temporelle, suivie des tests post hoc de Tukey. Pour vérifier les différences entre les groupes dans l’analyse biochimique, nous avons utilisé l’ANOVA, suivie des tests post hoc de Tukey. Dans toutes les expériences, les valeurs < 0,05 ont été considérées comme indiquant une signification statistique.
3. Résultats
3.1. Analyse du comportement
Pour l’analyse de la locomotion (traversées) (figure 1(a)), l’analyse de variance à mesures répétées a révélé des différences significatives pour l’administration de MD (F(3,35) = 7,91, ) et pour les répétitions comportementales (F(2,7) = 54,82, ). Une analyse plus poussée avec le test post hoc de Tukey a montré que la dose de 300 mg/kg de DM augmentait la locomotion spontanée des rats par rapport au groupe témoin 1 heure après l’administration. En outre, les groupes témoin, MD à 75 mg/kg et MD à 150 mg/kg ont présenté un nombre réduit de traversées lorsqu’ils ont été réexposés 3 heures plus tard au champ ouvert, ce qui indique une accoutumance à l’environnement. Cependant, les rats traités par MD à 300 mg/kg ont présenté un nombre réduit de croisements lorsqu’ils ont été réexposés 2 et 3 heures plus tard à un champ ouvert. Cette différence peut s’expliquer par l’hyperactivité motrice induite 1 h après l’administration de MD à la dose de 300 mg/kg.
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Pour l’analyse de l’exploration (cabrages) (figure 1(b)), l’analyse de la variance par mesures répétées a révélé des différences significatives pour les répétitions comportementales (F(2,7) = 32,7, ). Une analyse plus poussée avec le test post hoc de Tukey a montré que le groupe témoin, le groupe MD à 75 mg/kg et le groupe MD à 150 mg/kg présentaient un nombre réduit de cabrioles lorsqu’ils étaient réexposés 3 heures plus tard au champ ouvert. La dose de 300 mg/kg a réduit le nombre de cabrioles lors de la réexposition 2 et 3 heures plus tard au champ ouvert.
Pour l’analyse des visites au centre du champ ouvert (figure 1(c)), l’analyse de variance à mesures répétées a révélé des différences significatives pour l’administration de MD (F(3,34) = 15,70, ). Une analyse plus poussée avec le test post hoc de Tukey a montré que la dose de 300 mg/kg de DM augmentait les visites au centre du champ ouvert par rapport au contrôle 1 heure après l’administration. En outre, la MD à toutes les doses administrées a augmenté les visites au centre du champ ouvert 3 h après l’administration.
3.2. Analyse biochimique
Comme le montre la figure 2(a), les niveaux de TBARS étaient significativement augmentés dans l’amygdale (F(3) = 4,18, ), l’hippocampe (F(3) = 44,9, ) et le striatum (F(3) = 7,07, ) des rats traités par MD à 300 mg/kg par rapport au groupe témoin.
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4. Discussion
Dans la présente étude, nous avons observé qu’une injection unique de MD à forte dose (300 mg/kg) induit une hyperlocomotion chez le rat, qui ne subsiste pas 2 et 3 heures après l’administration. Selon nos résultats, la MD augmente significativement l’activité locomotrice et augmente les niveaux de dopamine extracellulaire striatale chez les singes rhésus . Young et ses collègues ont montré que la MD augmentait l’activité, le cabrage et la fluidité des trajectoires locomotrices chez les souris C57BL/6J et 129/SJ. Ces altérations du comportement induites par la MD étaient liées à une augmentation de la dopamine synaptique et à des actions secondaires médiées par les récepteurs drd1 et drd4 de la dopamine. Contrairement à l’étude ci-dessus, bien qu’il y ait une tendance, nous n’observons pas d’augmentation significative du comportement exploratoire après l’administration de MD. Cette divergence peut être expliquée par des différences dans la méthodologie, l’espèce et la durée du traitement.
Nous avons observé ici que le groupe témoin et la MD à faible dose (75 et 150 mg/kg) réduisaient le nombre de croisements et de cabrages lors d’une réexposition 3 heures plus tard au champ ouvert, indiquant une accoutumance à l’environnement. Le MD à la dose élevée (300 mg/kg) a réduit le nombre de croisements et de cabrioles lors de la réexposition 2 et 3 heures plus tard au champ ouvert. Cette divergence peut s’expliquer par le fait qu’une heure après l’administration de MD (300 mg/kg), le nombre de croisements a augmenté de manière significative et que le nombre de cabrioles a eu tendance à augmenter. L’habituation à un nouvel environnement est considérée comme l’une des formes les plus élémentaires d’apprentissage non associatif. L’exposition répétée au même environnement induit une réduction du comportement exploratoire, qui peut être considéré comme un indice d’accoutumance.
Un résultat intéressant de la présente étude est que la MD a modulé le comportement lié à l’anxiété. Dans le test du champ ouvert, les rats traités par MD étaient moins anxieux et avaient même tendance à explorer davantage la zone centrale aversive que les témoins. La dose de 300 mg/kg de DM a augmenté le nombre de visites au centre du champ ouvert 1 heure après l’administration. En outre, MD à toutes les doses administrées a augmenté les visites au centre du champ ouvert 3 h après l’administration. Dans la littérature, les études sont controversées quant à l’effet de la MD sur l’anxiété. Les études précliniques ont montré soit l’absence d’effets du modafinil sur l’anxiété, soit un effet anxiolytique. De même, dans les études cliniques, le modafinil a un effet anxiolytique ou n’a aucun effet sur l’anxiété, tandis que d’autres études démontrent un effet anxiogène. Cette différence entre les études peut s’expliquer par la variation des doses utilisées (100 mg, 200 mg ou 400 mg) et du schéma d’administration (une seule fois ou une administration chronique sur une semaine ou plus). Les effets de type anxiolytique de la MD peuvent s’expliquer par ses effets sur l’amygdale, une région du cerveau impliquée dans l’anxiété, face à des stimuli menaçants. Une étude précédente a montré que la MD diminue la réactivité de l’amygdale aux stimuli effrayants. Il est connu que l’amygdale est riche en projections catécholaminergiques et sérotoninergiques , et alors probablement MD réduit la réactivité de l’amygdale par des changements dans la signalisation intra-amygdale résultant d’altérations dans les systèmes noradrénaline, dopamine, sérotonine ou GABA ou d’une combinaison de ces effets.
En plus d’induire des changements comportementaux, il est bien décrit dans la littérature que les psychostimulants causent des dommages oxydatifs à la fois dans les modèles animaux et les humains . Nos résultats montrent que la MD augmente les dommages oxydatifs des lipides et des protéines dans le cerveau des rats. Les niveaux de TBARS ont augmenté dans l’amygdale, l’hippocampe et le striatum des rats traités par MD à forte dose (300 mg/kg). De plus, nous avons observé une augmentation de la génération de carbonyles après l’administration de MD dans le cortex préfrontal à la dose de 300 mg/kg et dans l’amygdale et l’hippocampe à la dose de 75 mg/kg. Des études montrent que la DM inhibe le transporteur de la dopamine, ce qui augmente la neurotransmission dopaminergique. L’augmentation de la concentration extracellulaire de dopamine induite par la DM peut entraîner une surproduction du métabolite toxique de l’oxydation de la dopamine, ce qui entraîne des dommages oxydatifs aux protéines et aux lipides dans le cerveau des rats. Dans la littérature, il n’y a pas d’études évaluant les lésions cérébrales après l’administration de la MD ; cependant, ces études sont très importantes étant donné que l’accessibilité de la MD, telle que l’amélioration de la vigilance, l’amélioration de la mémoire, et le médicament antifatigue, pour les personnes en bonne santé est en augmentation .
A l’inverse, le traitement avec la MD (75 et 300 mg/kg) a réduit la génération de carbonyle dans le striatum par rapport au groupe témoin. Certaines études ont montré le potentiel neuroprotecteur striatal de la MD. Des études antérieures ont montré une amélioration de la survie des neurones dopaminergiques intoxiqués par la 1-méthyl-1,2,3,6-tétrahydropyridine dans le striatum après traitement par MD, dans un modèle animal de la maladie de Parkinson. Raineri et ses collègues ont montré que l’administration de MD atténuait la neurotoxicité induite par la méthamphétamine dans le striatum des souris, ce qui suggère un possible rôle protecteur de MD dans cette région du cerveau. Il a été démontré que la MD améliore l’apprentissage chez les patients dépendants de la méthamphétamine. Les résultats présentés ici suggèrent que l’administration de MD pourrait présenter des propriétés antioxydantes dans le striatum ; cependant, l’effet protecteur de MD sur le striatum est encore inconnu. Le striatum intègre les entrées glutamatergiques du cortex et du thalamus aux afférences dopaminergiques du mésencéphale. La signalisation dopaminergique joue un rôle prépondérant dans l’apprentissage dépendant du striatum et dans la plasticité synaptique des neurones de projection à épines moyennes. Rossato et ses collègues ont montré que la perfusion de l’agoniste du récepteur D1 augmentait les niveaux de facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) et par conséquent la plasticité synaptique. Ainsi, la MD peut favoriser la plasticité synaptique en activant le système dopaminergique et par conséquent protéger le striatum contre les dommages oxydatifs.
En conclusion, nous sommes en mesure de démontrer que (1) la MD induit une hyperactivité à forte dose (300 mg/kg) 1 h après l’administration, qui ne subsiste pas 2 et 3 heures après l’administration. (2) La MD a montré des effets anxiolytiques chez les rats, augmentant le nombre de visites au centre du champ ouvert. (3) La MD a induit des dommages oxydatifs au niveau des lipides et des protéines dans le cerveau des rats ; cependant, les dommages oxydatifs dépendent de la région du cerveau analysée et de la dose de MD administrée. (4) Enfin, la MD pourrait protéger le striatum contre les dommages oxydatifs des protéines. Il convient d’être prudent dans l’interprétation de ces résultats. Premièrement, les défenses antioxydantes n’ont pas été mesurées ; comme il s’agit de la première étude à examiner l’impact de la MD sur le stress oxydatif, nous reconnaissons que cela aurait pu aider à interpréter les résultats. Cependant, deuxièmement, la MD a été administrée à des rats sains ; les effets de la MD sur les dommages oxydatifs dans les modèles animaux de maladie mentale peuvent montrer des résultats différents.
Conflit d’intérêts
Les auteurs déclarent qu’il n’y a pas de conflit d’intérêts concernant la publication de cet article.
Remerciements
Le laboratoire de neurosciences (Brésil) est l’un des centres de l’Institut national de médecine translationnelle (INCT-TM) et l’un des membres du Centre d’excellence en neurosciences appliquées de Santa Catarina (NENASC). Cette recherche a été soutenue par des subventions du CNPq, de la FAPESC, de l’Instituto Cérebro e Mente et de l’UNESC. João Quevedo est boursier de recherche du CNPq et Roger B. Varela, Wilson R. Resende et Amanda V. Steckert sont titulaires d’une bourse d’études du CAPES ; Samira S. Valvassori est titulaire de bourses d’études du CNPq.