Impact of dexamethasone in the enteric nervous system

Abstract

Synthetic glucocorticoids are routinely administered to pregnant women at risk of premature labor. The effect of this administration has been studied both in humans and in rodents, since antenatal exposure to dexamethasone (DEX) causes persistent alterations in the central nervous system (CNS). Despite the greatly improved survival of preterm babies with prenatal DEX administration, little is known about possible adverse effects of this treatment in the enteric nervous system (ENS). The animal model used in this study - in utero exposure to synthetic glucocorticoids (iuGC) - consists in the administration of DEX (1 mg/kg) in the 18 and 19 days of gestation of pregnant female Wistar rats. Stomach, small and large intestine, of the male offspring, for both iuGC and control (CTR) groups, were evaluated morphometrically. As iuGC rats showed a shorter small intestine, in vivo functional tests were done in the upper gastrointestinal (GI) intestine (transit and permeability). It was shown that iuGC rats have a slow transit, despite normal permeability. Serotonin (5-HT) levels and cellular turnover rate were measured at different ages (1, 3 and 8 months old). iuGC rats at 3 months old have a decrease in 5-HT content, while proliferation and apoptosis rates were altered in all ages. Then, using a video recording and spatiotemporal map construction, we study ex vivo jejunum and colonic contractions, which confirmed that iuGC rats have a decrease of migrating motor complex (MMC) in jejunum at 1 month old and decreased of colonic MMC at 3 months old. Furthermore, we found a unique jejunum pattern motility in the first 5 centimetres, whose rhythmicity of the contractions sets (intercalated by quiescent periods) were identical in both groups. To further investigate these effects, particular subpopulations of myenteric neurons were analysed. We used immunohistochemistry to count numbers of neurons (expressing Hu), numbers of neurons expressing neuronal nitric oxide synthase (nNOS) and numbers of neurons expressing calbindin or calretinin. The number of calretinin (presumably cholinergic) neurons were altered in jejunum and colon of iuGC rats, while calbindin and nNOS neurons are unchanged. These data indicate that intrauterine administration of DEX impacts morphometric and functionally the GI tract. Additionally, the ex vivo motility assays suggest that the changes induced by iuGC in motility are partly independent of CNS input.

Os glucocorticoides sintéticos são utilizados na prática clínica em grávidas em risco de parto prematuro. O impacto da sua administração tem vindo a ser estudada em humanos e roedores, uma vez que, a exposição pré-natal à dexametasona (DEX) altera permanentemente o sistema nervoso central (CNS). Apesar da utilização clínica de DEX aumentar a sobrevivência dos bebés prematuros, ainda não são conhecidos os possíveis efeitos adversos no Sistema Nervoso Entérico (SNE). O modelo animal utilizado neste estudo - exposição in utero a glucocorticoide sintético (iuGC) - consiste na administração de DEX (1mg/Kg) nos dias 18 e 19 de gestação nas fêmeas Wistar prenhas. Foi feita uma análise morfométrica do estomago, intestino delgado e grosso, nos machos da ninhada de ambos os grupos control (CTR) e iuGC. Como os ratos iuGC têm o intestino delgado mais curto, testes funcionais in vivo foram realizados no trato gastrointestinal (GI) superior (trânsito e permeabilidade). Foi demonstrado que ratos iuGC têm o trânsito intestinal diminuído, apesar de a permeabilidade manter-se inalterada. Os níveis de serotonina (5-HT) e a taxa de renovação celular foram avaliados em diferentes idades (ao 1, 3 e 8 meses de idade). Aos 3 meses de idade, os ratos iuGC têm diminuição dos níveis de 5-HT, enquanto os níveis de proliferação e apoptose se encontram alterados em todas as idades. Seguidamente, com a utilização de gravação de vídeo e construção de mapas espácio-temporais, estudamos as contrações ex vivo no jejuno e cólon proximais, que confirmaram que ratos iuGC tem diminuição dos complexos motores migratórios (CMM) no jejuno, ao 1 mês de idade, e diminuição dos CMM colónicos, aos 3 meses de idades. Para além disso, encontramos um padrão de motilidade nos 5 centímetros proximais do jejuno, cujo ritmo dos grupos de contrações (intercalados por períodos quiescentes) foram identificados em ambos os grupos. No sentido de compreender estes resultados, diferentes subpopulações neuronais no plexo mioentérico foram estudadas. A quantificação neuronal total (expressam Hu) e das subpopulações dos neurónios que expressam óxido nítrico sintase (nNOS) ou calbindina e calretinina foram analisadas através de imunohistoquímica. O número de neurónios que expressam calretinina (presumivelmente colinérgicos) estão alterados no jejuno e cólon dos ratos iuGC, enquanto os neurónios que expressam calbindina e nNOS mantêm-se inalterados. Estes resultados sugerem que a administração intrauterina de DEX altera tanto a morfometria como a motilidade do trato GI. Para além disso, os testes de motilidade ex vivo indicam que as alterações induzidas pelo DEX na motilidade são parcialmente independentes da influência central.