Mateus Ramos Amorim.

Obesity hypoventilation syndrome (OHS) is a severe form of sleep-disordered breathing (SDB). It is characterized by daytime hypercapnia and hypoventilation during sleep in obesity. OHS is observed in 10-20 of patients with obstructive sleep apnea (OSA) and driven by decreased ventilatory response to carbon dioxide (hypercapnic ventilatory response, HCVR). It leads to heart failure, pulmonary hypertension, and respiratory failure, which result in high morbidity and mortality. There is no pharmacotherapy for OHS and OSA. Leptin increases HCVR and treats hypoventilation in leptin-deficient obese mice. However, humans and mice with diet-induced obesity become resistant to leptin. Leptin-resistance limits leptin as a pharmacotherapy. In our proposal, we will examine pharmacological targets downstream of leptin for OHS and OSA treatment, specifically the melanocortin 4 receptor (MC4R). An MCR4 agonist, setmelanotide (SET), is FDA-approved to treat genetic obesity caused by abnormal MCR4 and leptin signaling. Our Preliminary Data demonstrate that SET augments the HCVR and treats OHS and OSA in diet-induced obese mice. Chemogenetic activation of MC4R+ neurons in the parafacial region increases baseline ventilation and HCVR without any effect on metabolism. Our overarching hypothesis is that MC4R agonists treat OHS and OSA by augmenting hypercapnic sensitivity in MC4R+ neurons of the parafacial region, a major center of CO2 sensitivity. We will utilize the chemogenetic (designer receptor exclusively activated by designer drugs, DREADD) approach and test this hypothesis in DIO mice. First, we propose that chemogenetic activation of MC4R+ parafacial neurons will augment the HCVR and treat SDB without affecting metabolism. Second, we will test if the inhibition of MC4R+ parafacial neurons attenuate the HCVR, exacerbate SDB and block stimulatory effects of SET on ventilation. Third, we will examine the synaptic neurotransmission from MC4R (+) neurons in the parafacial region to the subpopulation of rostral ventral respiratory group neurons that project to the phrenic motor nucleus. We will use selective expression of ChR2 in Mc4r-Cre parafacial neurons and patch-clamp electrophysiology. The project may discover novel therapeutic targets for the treatment of OSA and OHS, major cardiovascular risk factors. Thus, our proposal is consistent with the mission of the American Heart Association, which is the reduction of the incidence of cardiovascular disease and stroke.

Obstructive sleep apnea (OSA) is periodic obstruction of the upper airway during sleep leading to intermittent hypoxemia, hypercapnia, and fragmentation of sleep. OSA is the most common type of sleep-disordered breathing (SDB). OSA is highly prevalent, particularly in obesity. It leads to high neurocognitive and cardiovascular morbidity and mortality. There is no pharmacotherapy for OSA. Previous studies have documented the role of leptin, an adipose tissue-produced hormone, as a potent respiratory stimulant maintaining upper airway patency during sleep in obese mice. A long functional isoform of the leptin receptor, LEPRb, is widely distributed in the mouse brain, especially in the hypothalamus and medulla. However, sites of respiratory effects of leptin in the brain and molecular mechanisms remain unknown. Our Preliminary Data demonstrate that the respiratory effects of leptin may be mediated via LEPRb(+) neurons in the dorsomedial hypothalamus (DMH) and that these effects may be mediated via projections to the serotonin (5-HT)-rich raphe nucleus. 5-HT is a neuro-modulatortransmitter involved in the control of respiration and upper airway patency. Our overarching hypothesis is that leptin acts on LEPRb+ neurons in the DMH to stimulate control of breathing and improve upper airway patency during sleep via a serotonin-dependent mechanism. We will utilize state-of-the-art chemogenetic (designer receptor exclusively activated by designer drugs, DREADD) approach and test this hypothesis in DIO mice. In Specific Aim 1, we propose that SDB will be treated by stimulating LEPRb+ DMH neurons chemogenetically using designer receptor exclusively activated by designer drugs (DREADD) and that this effect will be abolished by (A) a nonspecific 5-HT receptor blocker methylsergide; (B) a 5-HT2A receptor blocker ketanserin. In Specific Aim 2, we propose that respiratory stimulation of LEPRb+ DMH neurons can be attenuated by the deletion of the subpopulation of these neurons projecting to (A) the dorsal raphe; (B) the raphe obscurus. The project may discover novel therapeutic targets for the treatment of OSA, a major cardiovascular risk factor. Thus, our proposal is consistent with the mission of the American Heart Association, which is the reduction of the incidence of cardiovascular disease and stroke.

A síndrome da resposta inflamatória sistêmica (SIRS) é um estado inflamatório que afeta todo o organismo e representa grave risco à vida do indivíduo. A sepse e sua complicação mais comum (choque séptico) fazem parte desta síndrome e são as maiores causas de mortes em Unidades de Terapia Intensiva em todo o mundo, apesar dos grandes avanços tecnológicos recentes. Além do choque endotoxêmico, a hipertensão arterial também é uma doença responsável por alto impacto médico-social, sendo caracterizada por níveis elevados e sustentados de pressão arterial e associada a alterações em diversos mecanismos reflexos que regulam o sistema cardiovascular. Experimentalmente, existe uma similaridade entre a fisiopatogenia da hipertensão essencial do homem com ratos espontaneamente hipertensos (SHR). Estes animais, assim como humanos hipertensos, apresentam uma marcada hiperatividade simpática e diminuição do tono vagal cardíaco. Estudos clínicos demonstram que em situações onde há menor atividade parassimpática, os processos inflamatórios tendem a ser mais acentuados. O objetivo deste trabalho é testar a hipótese de que frente ao desafio imune, provocado pelo LPS, os SHR serão particularmente mais sensíveis à estimulação vagal (induzida pelo tratamento com piridostigmina), uma vez que estes animais possuem tônus vagal reduzido em relação aos ratos normotensos. Para melhor caracterizar este quadro, quantificaremos a concentração plasmática de PGE2 e PGD2 e também citocinas (IL-1, IL-6 e TNF- e IL-10) nestes animais. Acreditamos que haja uma relação inversamente proporcional entre tônus vagal e PGE2 e um paralelo diretamente proporcional entre tônus vagal e PGD2, por serem mediadores pró e antipiréticos, respectivamente

O nosso laboratório tem se dedicado ao estudo da modulação respiratória da atividade simpática em situações de desafios fisiológicos. Resultados destes estudos mostraram alterações significativas no acoplamento simpático e respiratório na hipertensão experimental induzida pela hipóxia crônica intermitente. A remoção dos barorreceptores aórticos e carotídeos em ratos promove agudamente um grande aumento da atividade simpática e da pressão arterial (PA), as quais se normalizam após o período de alguns dias. Por outro lado, pouco se sabe sobre as alterações neurais na geração e controle da atividade respiratória após a remoção cirúrgica dos barorreceptores [desnervação sino-aórtica (DSA)] e as influências dessa remoção sobre o controle da atividade eferente simpática. Em estudos anteriores verificamos alterações significativas no padrão respiratório basal de ratos acordados e uma menor atividade simpática na fase final da expiração 10 dias após a DSA na preparação coração-tronco cerebral isolados. Por esta razão, é possível que a DSA seja um modelo experimental importante no estudo da plasticidade da rede neuronal respiratória, a qual poderia contribuir para prevenção de grandes alterações na atividade eferente simpática e consequentemente na PA desses animais. A hipótese do presente estudo é a seguinte: os neurônios simpáticos e respiratórios apresentam alterações na sua frequência de despolarização no 1º e no 10º dia após a DSA. Para testar esta hipótese utilizaremos a preparação coração ? tronco cerebral isolados para o registro das atividades dos nervos frênico e simpático e registros extracelulares dos neurônios simpáticos e respiratórios em ratos jovens previamente submetidos à DSA.

Estudos anteriores mostraram uma ação importante dos mecanismos neurais geradores do ritmo respiratório sobre a atividade autonômica simpática. O mecanismo mais importante na regulação das atividades autonômicas para o sistema cardiovascular é o barorreflexo arterial, cuja função consiste em manter a estabilidade da pressão arterial. Trabalhos prévios também sugerem que a função respiratória pode influenciar a atividade dos barorreceptores arteriais em animais não anestesiados e anestesiados. Além disso, foi levantada a hipótese que os ajustes cardiovasculares modulados pela respiração ocorrem por meio de impulsos aferentes dos barorreceptores arteriais para o gerador central da respiração Dessa forma, se admitirmos que existe uma sobreposição entre os grupamentos neuronais envolvidos com a geração e modulação da atividade simpática com os grupamentos de neurônios responsáveis pela geração do ritmo respiratório basal, podemos sugerir que existam múltiplas conexões entre estas regiões diferentes. No entanto, pouco se sabe sobre as possíveis alterações na atividade respiratória após a desnervação sino-aórtica (DSA), uma ferramenta que permite o estudo de respostas fisiológicas que ocorrem na ausência das aferências dos barorreceptores aórticos e carotídeos, e suas influências sobre o controle da atividade simpática nessas condições. A remoção dos barorreceptores aórticos e carotídeos em ratos produz um grande aumento da variabilidade da pressão arterial. Também foi observado que a pressão arterial média (PAM) que aparece elevada nos primeiros dias após a DSA tende a se normalizar após alguns dias. Neste contexto, nos parece importante avaliar se na ausência dos barorreceptores aórticos e carotídeos ocorrem alterações no padrão respiratório de ratos e se as mesmas alteram a atividade simpática e a pressão arterial média destes animais. A hipótese do presente trabalho é que após a remoção dos barorreceptores aórticos e carotídeos a geração do ritmo respiratório central passe a modular a atividade simpática e consequentemente a pressão arterial, uma vez que existe integração entre os comandos centrais responsáveis pela regulação destas atividades.