Bases neurobiológicas de las diferencias sexuales asociadas a la comorbilidad dolor crónico - depresión

Abstract

El dolor crónico es en la actualidad uno de los problemas de salud pública más importantes a nivel mundial, con serias consecuencias en el ámbito físico, psicológico y social, y que genera un deterioro de la calidad de vida de quien lo padece. El dolor crónico presenta un riesgo elevado de comorbilidades psiquiátricas, como ansiedad, depresión y deterioro cognitivo, así como de ideaciones y conductas suicidas. Esta comorbilidad genera un círculo vicioso que complica el manejo clínico y reduce la eficacia de los tratamientos disponibles. Estudios epidemiológicos a nivel mundial han puesto de manifiesto la existencia de diferencias significativas entre hombres y mujeres en cuanto a la prevalencia, intensidad e impacto del dolor crónico, siendo las mujeres las más afectadas.

De forma similar, las mujeres presentan aproximadamente el doble de riesgo que los hombres de padecer trastornos de ansiedad y depresión, y esta vulnerabilidad se ve acentuada en condiciones de dolor crónico. Estos hechos han impulsado la necesidad de considerar el sexo como una variable biológica en el diseño y análisis de los estudios científicos, para garantizar hallazgos representativos, fiables y aplicables a toda la población. En este contexto, la presente tesis doctoral aporta como valor añadido el estudio de las diferencias sexuales en el dolor neuropático y su comorbilidad con trastornos como la ansiedad y la depresión, con el objetivo de profundizar en la comprensión de los mecanismos neurobiológicos subyacentes a estas patologías, utilizando un modelo animal basado en la constricción crónica del nervio ciático en ratones. En el Estudio I se propuso la caracterización de las diferencias sexuales a nivel comportamental en animales naïve. Las hembras de ratón mostraron un fenotipo conductual caracterizado por una mayor reactividad emocional, con un incremento del comportamiento de tipo ansioso, un menor grado de bienestar y una mayor sensibilidad a estímulos térmicos en comparación con los machos. Sin embargo, las hembras obtuvieron mejores resultados en tareas de memoria que requerían discriminar diferencias sutiles entre objetos. Estas diferencias conductuales se podrían correlacionar con un dimorfismo sexual estructural y funcional de locus coeruleus (LC). El LC, principal fuente de noradrenalina del sistema nervioso central, actúa como un núcleo integrador entre la dimensión sensorial del dolor y sus consecuencias emocionales y cognitivas, gracias a sus extensas proyecciones hacia la médula espinal y áreas corticolímbicas. Las hembras naïve presentaban un menor número de neuronas noradrenérgicas, pero una mayor arborización dendrítica en comparación con los machos. Además, los estudios de patch-clamp demostraron que las neuronas del LC de hembras eran más excitables en comparación con las de los machos. Estos resultados sugieren que la mayor reactividad emocional observada en las hembras podría estar relacionada con un funcionamiento más activo del LC en condiciones basales. Conociendo las diferencias sexuales existentes de manera basal en ratones, en el Estudio II se planteó estudiar el efecto del dolor neuropático en el LC y en las conductas relacionadas con este núcleo. La inducción de la lesión nerviosa provocó hipersensibilidad mecánica y térmica en ambos sexos de forma similar durante al menos 7-11 semanas tras la lesión. Sin embargo, se hallaron diferencias sexuales en las consecuencias emocionales y cognitivas del dolor neuropático a largo plazo. Los machos desarrollaron comportamientos de tipo ansioso y depresivo tras la cronificación del dolor en comparación con machos sin dolor, mientras que las hembras presentaron un fenotipo de tipo depresivo, sin un mayor aumento en el comportamiento de tipo ansioso. El dolor neuropático afectó el aprendizaje y la memoria de ambos sexos, y empeoró las capacidades de discriminación de diferencias sutiles que las hembras presentaron inicialmente. Estas alteraciones conductuales coincidieron temporalmente con alteraciones estructurales y funcionales del LC. En machos, el dolor neuropático a largo plazo provocó una hiperactivación del LC, caracterizada por un aumento en el número de neuronas noradrenérgicas, un aumento del volumen somático y dendrítico, y una mayor excitabilidad neuronal en los registros de patch-clamp. En cambio, en las hembras con dolor se observó una disminución de la excitabilidad del LC, sin alteraciones estructurales significativas, lo que podría sugerir una desensibilización funcional del LC. Esto refleja que el dolor neuropático induce cambios en el LC en función del sexo, lo que podría subyacer a los diferentes fenotipos emocionales observados. Con el objetivo de profundizar en los cambios neurobiológicos implicados en las consecuencias emocionales del dolor neuropático en función del sexo, en el Estudio III se exploraron las diferencias sexuales en la vía de las quinureninas en la corteza prefrontal (PFC). Esta vía, principal ruta de degradación del triptófano, ha demostrado estar implicada en la fisiopatología compartida del dolor crónico y trastornos de ansiedad y depresión. En este contexto, planteamos que el dolor neuropático a largo plazo produciría cambios en la vía de las quinureninas y en la respuesta glial de la PFC en función del sexo. De forma interesante, encontramos que en machos con dolor neuropático a largo plazo se producía un cambio compensatorio hacia la rama neuroprotectora de la vía de las quinureninas. Este cambio se vio acompañado de una mayor activación astrocitaria (GFAP) y una reducción en la reactividad microglial (Iba1) en la PFC. En contraste, las hembras no presentan cambios significativos, a pesar de presentar niveles basales más elevados de quinureninas. Todo esto sugiere que machos y hembras podrían activar distintos mecanismos compensatorios en la PFC bajo condiciones de dolor neuropático a largo plazo. En conjunto, la presente tesis doctoral pone de manifiesto que los mecanismos neurobiológicos, y las consecuencias emocionales y cognitivas del dolor neuropático difieren entre machos y hembras, reforzando la importancia de incluir ambos sexos en los estudios de investigación básica. Además, comprender estas diferencias resultaría esencial para el desarrollo de estrategias terapéuticas más eficaces y personalizadas, capaces de abordar de manera adecuada las necesidades específicas de cada sexo.

Chronic pain is one of the main public health concerns worldwide, with serious impact on physical, psychological and social aspects, leading to a significant impairment in the quality of life of those affected. Chronic pain presents a high risk of psychiatric comorbidities, including anxiety, depression and cognitive impairment, as well as increased prevalence of suicidal ideation and behavior. This comorbidity generates a vicious cycle that complicates clinical management and reduces the effectiveness of available treatments. Epidemiological studies have revealed significant sex differences in the prevalence, intensity and impact of chronic pain, with women being more affected. Similarly, women are approximately twice as likely as men to suffer from anxiety disorder and depression, a vulnerability that becomes more significant in the presence of chronic pain. These findings have highlighted the need to include sex as a biological variable in the design and analysis of research studies, to achieve representative, reliable and translatable results. In this context, the present doctoral thesis provides novel insights by investigating sex differences in neuropathic pain and its comorbidity with anxiety and depressive disorders, in order to elucidate the underlying neurobiological mechanisms using a mouse model of chronic constriction injury (CCI) of the sciatic nerve. In Study I, sex differences in behavior were first characterized in naïve animals. Female mice exhibited a phenotype characterized by heightened emotional reactivity, with increased anxiety-like behavior, reduced well-being, and enhanced thermal sensitivity compared to males. Interestingly, females outperformed males in cognitive tasks requiring the discrimination of subtle differences. These behavioral differences were associated with a structural and functional sexual dimorphism of the locus coeruleus (LC). The LC, the main source of noradrenaline in the central nervous system, integrates sensory, emotional, and cognitive information through its projections to the spinal cord and corticolimbic areas. Naïve female mice exhibited a lower number of noradrenergic neurons but a greater dendritic volume compared to males. Furthermore, patch-clamp recordings revealed increased excitability of LC neurons in females. These results suggest that the greater emotional reactivity observed in females could be related to increased activity of the LC. Given the observed sex differences in naïve animals, Study II aimed to investigate the impact of neuropathic pain on the LC and LC-related behaviors. Nerve injury led to mechanical and thermal hypersensitivity in both sexes, maintained for at least 7-11 weeks post-injury. However, marked sex differences emerged regarding emotional and cognitive behaviors. Male mice developed both anxiety- and depressive-like behaviors following the chronification of pain, whereas female mice exhibited a depressive-like phenotype without a concomitant increase in anxiety-like behavior. In addition, neuropathic pain impaired learning and memory in both sexes, including the subtle discrimination ability initially observed in naïve female mice. These behavioral alterations temporally coincided with structural and functional changes in the LC. In males, chronic neuropathic pain induced LC hyperactivation, characterized by an increased number of noradrenergic neurons, a greater somatic and dendritic volume, and enhanced neuronal excitability in patch-clamp recordings. Conversely, females exhibited a reduction in LC neuronal excitability without significant morphological changes in the LC, suggesting a functional desensitization process. This sexual dimorphism indicates that neuropathic pain induces different neuroplastic adaptations in the LC, which may underlie the sex-specific emotional phenotypes observed. To further investigate the neurobiological mechanisms underlying these sex differences in emotional consequences of chronic pain, Study III involved the analysis of the prefrontal cortex (PFC), a key region involved in emotional and cognitive function. In particular, the kynurenine pathway (KYN), the major route of tryptophan metabolism, was studied due to its implication in the shared pathophysiology of chronic pain and anxiety and depressive disorders. In this context, the hypothesis was that long-term neuropathic pain would induce sex-specific alterations in the kynurenine pathway and glial responses in the PFC. Interestingly, in male mice with chronic neuropathic pain, a compensatory shift towards the neuroprotective branch of the kynurenine pathway was observed in the PFC. This metabolic shift was accompanied by enhanced astrocytic activation (GFAP) and reduced microglial reactivity (Iba1) in the PFC. In contrast, CCI female mice did not exhibit significant changes in kynurenine metabolism or glial activation, despite showing higher basal kynurenine levels compared to sham females. These findings suggest that males and females engage different compensatory mechanisms in the PFC in response to chronic neuropathic pain. Overall, this doctoral thesis highlights that the neurobiological mechanisms, and emotional and cognitive consequences of neuropathic pain differ between males and females, reinforcing the importance of including both sexes in basic research studies. Moreover, understanding these differences is essential for the development of more effective and personalized therapeutic strategies address the specific needs of each sex.