LABORATORIO DE URGENCIAS

Depresión - Nuevo Fármaco para su Tratamiento

 
El GDF11 sistémico, atenúa la depresión vía estimulación de la autofagia neuronal.

                                                                                       Carine Moigneu, Soumia Abdellaoui, Mariana Ramos-Brossier,
                                                                            Bianca Pfaffenseller, Bianca Wollenhaupt-Aguiar, Claire Camus,
                                                                            Taiana de Azevedo Cardoso, Lida Katsimpardi et al

                                                                                                    Nature Aging (2023); vol 3, pages 213–228

El envejecimiento suele ir acompañado de graves deterioros cognitivos, pérdida de memoria y depresión relacionada con la edad¹. Independientemente de la edad, el trastorno depresivo mayor (TDM) afecta a alrededor del 20 % de la población y se correlaciona con déficits en la memoria a corto plazo y de trabajo, lo que exacerba los efectos del envejecimiento en algunos adultos mayores. La depresión puede asemejarse a un estado de envejecimiento acelerado, ya que las personas deprimidas suelen presentar una mayor incidencia de enfermedades asociadas a la edad, como el Alzheimer y otras enfermedades neurodegenerativas.
El hipocampo desempeña un papel fundamental en la regulación de la memoria y la depresión. Se ha asociado un menor volumen del hipocampo en humanos con el TDM, otros trastornos psiquiátricos y deterioro de la memoria, lo que establece al hipocampo como un vínculo estructural entre el envejecimiento, los trastornos del estado de ánimo y el deterioro de la memoria⁴. En modelos animales, el comportamiento similar a la depresión también se asocia con alteraciones estructurales y funcionales del hipocampo y, con mayor frecuencia, se relaciona con una neurogénesis deficiente⁵. A nivel celular, la neurogénesis hipocampal es crucial para la formación de la memoria y la función cognitiva, mientras que la neurogénesis adulta alterada se ha relacionado con el deterioro de la memoria y fenotipos similares a la depresión.
Se ha demostrado que la infusión de factores sanguíneos juveniles o el bloqueo de factores pro-envejecimiento atenúan las alteraciones relacionadas con la edad en la neurogénesis, el deterioro de la memoria y la percepción olfativa. Uno de estos factores sanguíneos es el factor de diferenciación del crecimiento 11 (GDF11), un miembro de la superfamilia del factor de crecimiento transformante beta (TGF-β), que desempeña un papel fundamental en el desarrollo embrionario como regulador clave de la formación y el patrón de diversos tejidos.
El papel del GDF11 en el sistema nervioso central en desarrollo regula la progresión de la neurogénesis, así como la diferenciación de los subtipos neuronales. En adultos, recientemente se ha demostrado que el GDF11 regula negativamente la neurogénesis. Dado que los niveles circulantes de GDF11 disminuyen con la edad, se ha demostrado previamente que la suplementación con GDF11 recombinante (rGDF11) en ratones envejecidos rejuvenece la neurogénesis tanto en la zona subventricular como en el giro dentado del hipocampo (GD) y mejora la vasculatura cerebral.
A pesar del creciente número de informes sobre los diversos efectos del GDF11, aún se desconoce si mejora el deterioro cognitivo, así como su mecanismo de acción preciso en el cerebro.
En este estudio, demostramos que el tratamiento sistémico con GDF11 en ratones envejecidos fue suficiente para prevenir el deterioro de la memoria y el comportamiento similar a la depresión, potenciar la neurogénesis y la autofagia hipocampales y reducir la senescencia hipocampal. Mecánicamente, el GDF11 estimuló la autofagia neuronal e inhibió la vía mTOR de forma independiente de la neurogénesis. Utilizando el modelo murino de comportamiento similar a la depresión inducido por corticosterona (CORT), demostramos que el GDF11 inhibió un fenotipo similar a la depresión en ratones jóvenes. Finalmente, revelamos que los niveles de GDF11 disminuyeron en adultos jóvenes con trastorno depresivo mayor (TDM) o que presentaban un episodio depresivo actual, lo que lo convierte en un biomarcador potencial de la depresión y un posible agente para intervenciones terapéuticas.

Métodos

Diseño del estudio y participantes
Este artículo presenta la segunda fase de un estudio de cohorte prospectivo, que incluye una muestra poblacional de adultos jóvenes. En la primera fase (2007-2009), el muestreo se realizó por conglomerados, considerando una población de 39 667 personas en el rango de edad objetivo (18-24 años), según el censo vigente de 448 sectores en la ciudad de Pelotas, Brasil. De estos sectores, se seleccionaron aleatoriamente 89 sectores basados ​​en el censo. La selección de viviendas en los sectores se realizó mediante un muestreo sistemático, siendo la primera vivienda la ubicada en la esquina preestablecida como inicio del sector, y el intervalo de selección se determinó saltando dos viviendas. Por lo tanto, la muestra es representativa de la población objetivo debido al muestreo probabilístico adoptado. La primera oleada incluyó a 1560 adultos jóvenes de entre 18 y 24 años. La segunda oleada se realizó un promedio de cinco años después (2012-2014), y se invitó a todos los adultos jóvenes incluidos en la primera oleada a una reevaluación. En este estudio solo se describen los datos de la segunda oleada. Todos los participantes aceptaron participar en el estudio mediante su consentimiento informado libre y por escrito. Se les reembolsaron los gastos de viaje. Este estudio fue aprobado por el Comité de Ética en Investigación de la Universidade Católica de Pelotas con el número de protocolo 2008/118. La descripción completa del diseño del estudio se publica en otra parte⁵⁴.
El diagnóstico psiquiátrico se evaluó mediante la Mini Entrevista Neuropsiquiátrica Internacional Plus por psicólogos capacitados. Además, la gravedad de los síntomas depresivos se evaluó mediante la escala MADRS.
Para el primer análisis con suero humano en el presente estudio, seleccionamos 57 adultos jóvenes con trastorno depresivo mayor (TDM) y 51 controles sanos sin trastornos del estado de ánimo (TDM o trastorno bipolar), trastornos de ansiedad (trastorno de pánico, agorafobia, fobia social, trastorno de ansiedad generalizada), trastorno obsesivo-compulsivo, trastorno de estrés postraumático o trastorno por déficit de atención con hiperactividad). Los grupos se emparejaron por sexo, edad y años de educación.
En el segundo análisis con suero humano, incluimos 103 adultos jóvenes que presentaban un episodio depresivo actual y 656 controles sin un episodio depresivo actual.
Para la medición de GDF11, se extrajeron 10 ml de sangre de cada sujeto mediante venopunción en un tubo de vacío sin anticoagulante. La sangre se centrifugó inmediatamente a 3500 g durante 15 minutos y el suero se conservó congelado a -80 °C hasta su análisis.
Los niveles séricos de GDF11 se determinaron mediante ELISA sándwich utilizando el kit ELISA DuoSet GDF-11/BMP-11 humano según las instrucciones del fabricante (R&D Systems) y como en Katsimpardi et al.35 Brevemente, las placas de microtitulación (96 pocillos de fondo plano) se recubrieron durante la noche a temperatura ambiente con el anticuerpo de captura anti-GDF11 humano a 4 µg ml−1 en PBS. Posteriormente, las placas se lavaron tres veces con tampón de lavado y se bloquearon con una solución de BSA al 1% durante 2 h a temperatura ambiente. Después del lavado, las placas se incubaron durante la noche a 4 °C con las muestras y la curva estándar abarcó de 7,82 a 2000 pg ml−1 de GDF11. Las placas se lavaron y se añadió el anticuerpo de detección anti-GDF11 humano biotinilado a 400 ng ml−1, que se incubó durante 2 h a temperatura ambiente. Tras el lavado, se realizó una incubación con el conjugado de estreptavidina-peroxidasa (diluido 1:40 en solución de BSA al 1%) durante 20 minutos a temperatura ambiente. Posteriormente, las placas se lavaron de nuevo y se incubaron con la solución de sustrato durante 20 minutos a temperatura ambiente. Finalmente, se añadió la solución de parada (ácido sulfúrico 2 N) y se determinó la cantidad de GDF11 midiendo la absorbancia a 450 nm con corrección a 540 nm. La curva estándar muestra una relación directa entre la densidad óptica y la concentración de GDF11.
Es importante destacar que utilizamos GDF8 (también llamada miostatina) como control de la especificidad del kit de GDF1148. El GDF8 (Peprotech) se analizó a la misma concentración que el estándar más alto de GDF11 (2000 pg ml⁻¹) y también a un valor medio de la curva estándar de GDF11 (500 pg ml⁻¹). No se detectó GDF8 en ninguna concentración. El análisis estadístico se realizó con SPSS 21.
La distribución de las variables numéricas (edad, años de educación, MADRS y niveles de GDF11) se evaluó mediante histogramas. Las variables numéricas con distribución normal se compararon entre grupos mediante la prueba t de Student, y las variables numéricas sin distribución normal se compararon entre grupos mediante la prueba U de Mann-Whitney. La variable dicotómica (sexo) se comparó entre grupos mediante la prueba de chi-cuadrado.

Estadística y reproducibilidad
No se utilizó ningún método estadístico para predeterminar el tamaño de la muestra, ya que este análisis forma parte de un estudio más amplio; sin embargo, el tamaño de la muestra para estos análisis concuerda con la bibliografía previa en este campo⁵⁵. Para el segundo análisis con suero humano, excluimos del grupo de control a (a) los individuos que cumplían los criterios de un episodio depresivo previo y no presentaban un episodio depresivo actual, y (b) los individuos con antecedentes de episodios hipomaníacos o maníacos que no presentaban un episodio depresivo actual. Es importante destacar que los individuos del grupo de control podían tener otras afecciones psicológicas, como trastornos de ansiedad. Los investigadores desconocían la asignación a los grupos durante los experimentos y la evaluación de los resultados.

Discusión

Nos propusimos determinar el papel de GDF11 en el fenotipo depresivo asociado al envejecimiento en ratones y explorar el mecanismo subyacente. La administración sistémica diaria de rGDF11 mejoró el fenotipo depresivo asociado al envejecimiento y revirtió el deterioro de la memoria. Asimismo, la infusión directa de GDF11 en el cerebro produjo el mismo resultado conductual. Estos resultados concuerdan con un efecto positivo en el deterioro de la memoria relacionado con un fenotipo patológico de la enfermedad de Alzheimer, como se ha descrito en ratones transgénicos dobles AβPP/PS1. Cabe destacar que el fenotipo depresivo y el deterioro de la memoria observados en ratones envejecidos no son la norma. Por lo tanto, el envejecimiento es un factor de riesgo para el deterioro cognitivo y la depresión, pero solo una subpoblación de individuos presentará estos síntomas.
Confirmamos además el papel antidepresivo de GDF11 en un modelo preclínico de fenotipo depresivo inducido por la administración crónica de CORT y observamos que los síntomas depresivos se aliviaron con la administración sistémica de GDF11. Este efecto antidepresivo de GDF11 en ratones jóvenes y viejos pone de manifiesto una función desconocida de GDF11 en el cerebro. Será interesante comparar los efectos de GDF11 con los de un antidepresivo conocido, como la fluoxetina, en la posible restauración de la neurogénesis y otros parámetros.
En cuanto a la patología humana, medimos los niveles circulantes de GDF11 en la sangre de adultos jóvenes con trastorno depresivo mayor (TDM) y encontramos una disminución en comparación con los controles sanos. Es crucial destacar que todos los participantes en este estudio eran jóvenes (edad promedio de 26 años) y fueron reclutados de la comunidad para obtener una muestra poblacional. En conjunto, nuestros hallazgos plantean la posibilidad de que los niveles séricos de GDF11 puedan utilizarse como un biomarcador potencial para detectar la presencia de episodios depresivos. Dado que estos resultados demuestran correlación y no causalidad, se deberían realizar más estudios clínicos para determinar la especificidad en humanos. Asimismo, sería interesante examinar si los niveles séricos de GDF11 se restablecen en pacientes con trastorno depresivo mayor (TDM) tratados con antidepresivos.
Dada la estrecha relación entre la neurogénesis hipocampal, la depresión y la memoria, examinamos la posible implicación del GDF11. Descubrimos que el aumento de la neurogénesis no requiere más de 9 días de tratamiento con GDF11 y observamos un incremento significativo tanto en las poblaciones de células madre neurales (CMN) Sox2+ como en los neuroblastos DCX+ en el hipocampo envejecido. Se observaron incrementos similares en el hipocampo tras 4 semanas de administración de GDF11, lo que sugiere que la activación de las CMN y la producción de nuevos neuroblastos se mantienen al mismo ritmo durante las 4 semanas de tratamiento. Sería interesante investigar la duración de este efecto, si las nuevas neuronas continúan integrándose en el giro dentado (GD) y si existe un punto en el que la reserva de CMN comience a agotarse. El análisis del conjunto de células madre neurales (CMN) mediante neuroesferas demostró que el GDF11 no tuvo efecto sobre la neurogénesis. Además, la infusión directa de GDF11 en el cerebro no produjo un aumento en las poblaciones de CMN ni de DCX+ en el hipocampo. Estos resultados concuerdan con informes iniciales que demuestran que el GDF11 participa en una señal inhibitoria de retroalimentación que limita la neurogénesis en el epitelio olfatorio embrionario. Asimismo, recientemente se informó que el GDF11 es un regulador negativo de la neurogénesis hipocampal adulta, según lo observado tras la depleción de GDF11 endógeno en un modelo de ratón inducible por tamoxifeno. Por lo tanto, los efectos observados sobre la neurogénesis tras la administración sistémica de GDF11 parecen ser indirectos, posiblemente a través de la activación de otros factores periféricos. Por ejemplo, el GDF11 estimula la secreción de adiponectina del tejido adiposo blanco³⁵ y podría estimular otras moléculas periféricas, como la osteocalcina. Se sabe que ambas moléculas atraviesan la barrera hematoencefálica y potencian la neurogénesis y la cognición. Tanto la administración sistémica como la infusión intracerebroventricular de GDF11 dieron como resultado una regulación positiva de la autofagia hipocampal. Un examen posterior mostró que GDF11 actúa directamente sobre las neuronas a través de la fosforilación de SMAD2/3 y que el proceso autofágico es necesario para la mejora de la actividad neuronal mediada por GDF11.
Esto relaciona con informes previos sobre la estimulación de la autofagia por GDF11 en células musculares lisas de la arteria carótida43 y fibras musculares esqueléticas44,45. Además de su conocido papel en la prolongación de la vida, la autofagia es crucial para el correcto funcionamiento neuronal y la plasticidad sináptica. El hecho de que la disfunción de la autofagia conduzca a neurodegeneración, deterioro de la memoria y cambios en el estado de ánimo, como consecuencia del envejecimiento avanzado, respalda esta idea. Asimismo, el efecto de GDF11 en la mejora de la memoria en ratones envejecidos podría deberse a que GDF11 actúa como inductor de la autofagia. De hecho, recientemente se informó que la autofagia es necesaria para la formación de la memoria y que la inducción de la autofagia en el cerebro de ratones envejecidos es suficiente para reparar el deterioro de la memoria relacionado con la edad. Existe cierta evidencia de que la mejora de la vía autofágica puede aliviar los síntomas depresivos en ratones, mientras que la inhibición de Beclin 1 bloquea los efectos de los antidepresivos49. Además, en patología humana, los antidepresivos podrían implicar la modulación de las vías autofágicas⁵⁰. Mecánicamente, proponemos que GDF11 estimula la autofagia mediante la inhibición de mTOR. Recientemente, se ha demostrado que la vía de mTOR está comprometida en la corteza prefrontal de pacientes con trastorno depresivo mayor (TDM), así como en el hipocampo murino. Aportamos evidencia de que GDF11 aumenta la expresión de Deptor, un inhibidor de mTOR, y disminuye la actividad de S6K1, una diana de mTOR. Curiosamente, los ratones deficientes en S6K1 presentan un fenotipo de restricción calórica⁵³, similar al efecto de GDF11 en ratones envejecidos. En conjunto, nuestros hallazgos sugieren que GDF11 actúa como antidepresivo mediante la modulación de las vías autofágicas y de mTOR.
Esto concuerda con informes previos sobre la estimulación de la autofagia por GDF11 en células musculares lisas de la arteria carótida43 y fibras musculares esqueléticas44,45. Además de su conocido papel en la prolongación de la vida46, la autofagia es crucial para el correcto funcionamiento neuronal y la plasticidad sináptica. El hecho de que la disfunción de la autofagia conduzca a neurodegeneración, deterioro de la memoria y cambios en el estado de ánimo, como consecuencia del envejecimiento avanzado, respalda esta idea. Asimismo, el efecto de GDF11 en la mejora de la memoria en ratones envejecidos podría deberse a que GDF11 actúa como inductor de la autofagia. De hecho, recientemente se informó que la autofagia es necesaria para la formación de la memoria y que la inducción de la autofagia en el cerebro de ratones envejecidos es suficiente para reparar el deterioro de la memoria relacionado con la edad. Existe cierta evidencia de que la mejora de la vía autofágica puede aliviar los síntomas depresivos en ratones, mientras que la inhibición de Beclin 1 bloquea los efectos de los antidepresivos49. Además, en patología humana, los antidepresivos podrían implicar la modulación de las vías autofágicas⁵⁰. Mecánicamente, proponemos que GDF11 estimula la autofagia mediante la inhibición de mTOR. Recientemente, se ha demostrado que la vía de mTOR está comprometida en la corteza prefrontal de pacientes con trastorno depresivo mayor (TDM), así como en el hipocampo murino. Aportamos evidencia de que GDF11 aumenta la expresión de Deptor, un inhibidor de mTOR, y disminuye la actividad de S6K1, una diana de mTOR. Curiosamente, los ratones deficientes en S6K1 presentan un fenotipo de restricción calórica⁵³, similar al efecto de GDF11 en ratones envejecidos. En conjunto, nuestros hallazgos sugieren que GDF11 actúa como antidepresivo mediante la modulación de las vías autofágicas y de mTOR.
Estos resultados revelan una conexión entre GDF11, mTOR, autofagia y depresión, e indican que GDF11 podría considerarse un biomarcador fiable para el TDM en humanos. Esta función de GDF11 arroja luz sobre su mecanismo de acción en el cerebro y permite futuras intervenciones terapéuticas en el contexto de la depresión asociada al envejecimiento.