Lo stress eccessivo durante l’adolescenza può causare alterazioni nel profilo dei geni espressi nel cervello, soprattutto quelli associati alle funzioni bioenergetiche. Queste alterazioni possono influenzare la respirazione cellulare, causando problemi comportamentali e disturbi psichiatrici in età adulta, secondo uno studio sui ratti condotto da ricercatori della Facoltà di Medicina Ribeirão Preto dell’Università di San Paolo (FMRP-USP) in Brasile.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Translational Psychiatry.
Adolescenti con alte soglie di stress: ecco le ripercussioni in età adulta
Non è un segreto che molti cambiamenti si verificano nel nostro corpo e nel comportamento durante l’adolescenza, quando il cervello subisce alterazioni strutturali e funzionali modellate sia da fattori neurobiologici che sociali.
“Come il cervello umano, il cervello di un ratto adolescente è altamente plastico. Questa plasticità è vista a livello molecolare e in termini di comportamento. I cambiamenti nei profili di espressione di geni specifici in diverse regioni del cervello portano ad alterazioni nella connettività delle cellule cerebrali, che si diffondono a livello sistemico e possono produrre alterazioni persistenti nell’età adulta che si correlano con disturbi psichiatrici “, ha affermato Thamyris Santos-Silva, primo autore dell’articolo. Al momento dello studio, era un dottorato di ricerca. candidato in farmacologia presso FMRP-USP.
“L’adolescenza è un periodo critico per la plasticità cerebrale, che è significativamente influenzata dall’esperienza sociale”, ha aggiunto Felipe Villela Gomes, ultimo autore dell’articolo e professore presso il Dipartimento di Farmacologia della FMRP-USP. “La suscettibilità a fattori sociali e ambientali avversi, come traumi, insulti e abusi, aumenta durante questo periodo, e l’esperienza sociale può influenzare la vulnerabilità e la resilienza allo stress”.
La corteccia prefrontale è una regione del cervello estremamente suscettibile allo stress durante l’adolescenza. Quando matura, è fondamentale per migliorare il controllo cognitivo delle emozioni normalmente osservate in età adulta. Nei ratti sottoposti a stress durante l’adolescenza, questa regione mostrava livelli più bassi di espressione di geni che svolgono un ruolo chiave nella respirazione mitocondriale.
I mitocondri sono organelli presenti nella maggior parte delle cellule sia degli esseri umani che dei ratti, così come in molti altri organismi viventi. Attraverso la respirazione cellulare, costituiscono la principale fonte di energia chimica per il funzionamento dei neuroni, uno dei principali tipi di cellule cerebrali. Aiutano quindi a regolare il comportamento sociale, compresa la risposta allo stress.
Lo studio è iniziato analizzando le risposte comportamentali allo stress, come ansia, interazione sociale e cognizione, nei ratti in tarda adolescenza. Gli animali sono stati esposti ad un protocollo logorante per dieci giorni consecutivi che hanno coinciso con un intenso periodo di plasticità cerebrale. Sono stati poi sottoposti a test specifici per valutare il loro comportamento e i risultati hanno mostrato in ogni caso un chiaro deficit.
“Abbiamo scoperto che gli animali stressati in questa fase della vita mostravano un profilo comportamentale decisamente scarso, con ansia, ridotta socievolezza e funzioni cognitive compromesse”, ha detto Gomes.
Per scoprire se queste variazioni si riflettevano nell’espressione genetica , i ricercatori hanno inviato campioni di RNA al Laboratorio di genetica comportamentale del Brain Mind Institute (BMI) presso il Politecnico federale di Losanna (EPFL). Il laboratorio è guidato da Carmen Sandi, Professoressa di neuroscienze.
Per studiare l’espressione genetica nel cervello dei ratti, il laboratorio ha sequenziato l’RNA messaggero e ha analizzato i risultati utilizzando strumenti bioinformatici.
“L’analisi ha mostrato alterazioni nei geni della corteccia prefrontale negli animali stressati. Tra i dieci geni più colpiti, molti erano associati a percorsi legati allo stress ossidativo e alla funzione mitocondriale, una componente cellulare chiave per la produzione di energia per il cervello,” Gomes disse.
Anche il consumo di ossigeno da parte dei mitocondri nel cervello di questi animali è risultato compromesso dallo stress. “Ora abbiamo prove di vario tipo che indicano l’importanza della funzione mitocondriale in questo profilo comportamentale”, ha detto Gomes.
I prossimi passi per i ricercatori includeranno lo studio se questo profilo comportamentale può servire come base per prevedere la risposta di un individuo a sovrastimoli e in che misura ciò effettivamente porta allo sviluppo di disturbi psichiatrici.
“Un altro percorso per far avanzare lo studio sarebbe quello di concentrarsi sulle alterazioni genetiche, conducendo test per scoprire cosa succede quando l’espressione genetica diminuisce o migliora. Ciò potrebbe fornire ulteriori prove riguardo ai legami tra lo stress e le alterazioni in questione, e persino indicare modi in cui per combatterli”, ha detto Gomes.
Una cosa sorprendente è accaduta quando i ricercatori hanno iniziato a esplorare se lo stress nei primi anni di vita aggrava gli effetti di un trauma cranico infantile sulla salute e sul comportamento più avanti nella vita. In uno studio sugli animali, lo stress ha modificato il livello di attivazione di molti più geni nel cervello di quelli modificati da un colpo alla testa.
È già noto che le lesioni alla testa sono comuni nei bambini piccoli, soprattutto a causa di cadute, e possono essere collegate a disturbi dell’umore e difficoltà sociali che emergono più avanti nella vita. Anche le esperienze infantili negative sono molto comuni e possono aumentare il rischio di malattie, malattie mentali e abuso di sostanze in età adulta.
“Ma non sappiamo come queste due cose possano interagire”, ha detto l’autrice senior dello studio Kathryn Lenz, professore associato di psicologia presso la Ohio State University.
“Volevamo capire se l’esperienza di una lesione cerebrale traumatica nel contesto di circostanze di stress nei primi anni di vita potesse modulare la risposta alla lesione cerebrale. E l’utilizzo di un modello animale ci consente di entrare davvero nei meccanismi attraverso i quali queste due cose potrebbero avere un impatto sullo sviluppo del cervello così come sta avvenendo.”
Questa prima serie di esperimenti sui ratti suggerisce che il potenziale dello stress nei primi anni di vita di portare a conseguenze sulla salute per tutta la vita potrebbe non essere pienamente apprezzato, ha detto Lenz.
“Abbiamo scoperto che molti, molti, molti più geni erano espressi in modo differenziale come risultato della manipolazione dello stress nei primi anni di vita rispetto alla manipolazione della lesione cerebrale traumatica”, ha detto Lenz. “Lo stress è davvero potente e non dovremmo sottovalutare l’impatto dello stress nei primi anni di vita sullo sviluppo del cervello. Penso che si tenda a essere ignorato, ma è un argomento di salute pubblica incredibilmente importante.
Il poster della ricerca è stato presentato il 12 novembre 2023 al Neuroscience 2023, l’incontro annuale della Society for Neuroscience.
I ricercatori hanno separato temporaneamente i ratti neonati dalle loro madri ogni giorno per 14 giorni per indurre uno stress che imitasse gli effetti delle esperienze infantili avverse , che includono una varietà di eventi potenzialmente traumatici.
Il giorno 15, un periodo in cui i ratti erano evolutivamente equivalenti a un bambino piccolo, ai ratti stressati e non stressati è stata data una ferita alla testa simile a una commozione cerebrale in anestesia o nessuna lesione alla testa. Tre condizioni – solo stress, solo trauma cranico e stress combinato con trauma cranico – sono state confrontate con ratti illesi e non stressati.
La prima autrice Michaela Breach, una studentessa laureata nel laboratorio di Lenz, ha esaminato i cambiamenti dell’espressione genetica nella regione dell’ippocampo del cervello degli animali più tardi nel periodo giovanile utilizzando il sequenziamento dell’RNA a singolo nucleo.
Lo stress da solo e quello combinato con una lesione cerebrale traumatica (TBI) hanno prodotto alcuni risultati degni di nota. Entrambe le condizioni hanno attivato percorsi nei neuroni eccitatori e inibitori associati alla plasticità, che è la capacità del cervello di adattarsi a tutti i tipi di cambiamenti, principalmente per promuovere la flessibilità, ma a volte, quando i cambiamenti sono disadattivi, con conseguenti esiti negativi.
“Ciò potrebbe suggerire che il cervello si sta aprendo a un nuovo periodo di vulnerabilità o sta cambiando attivamente durante questo periodo di tempo in cui potrebbe programmare i deficit successivi”, ha detto Breach.
Entrambe le condizioni hanno avuto un effetto anche sulla segnalazione relativa all’ossitocina, un ormone legato al comportamento materno e al legame sociale. Lo stress da solo e combinato con il trauma cranico ha attivato questo percorso dell’ossitocina, ma la lesione cerebrale da sola lo ha inibito.
“Sia lo stress che il trauma cranico sono collegati a comportamenti sociali anormali, ma stiamo riscontrando questi effetti diversi con la segnalazione dell’ossitocina”, ha detto Breach. “Ciò dimostra che l’effetto dello stress potrebbe modulare il modo in cui il TBI sta cambiando il cervello poiché il trattamento combinato era diverso dal TBI da solo. L’ossitocina è coinvolta nella risposta allo stress e nella riparazione, quindi potrebbe significare che potrebbe essere un modulatore interessante per da perseguire in futuro.”
Nei test comportamentali condotti su ratti invecchiati fino all’età adulta, solo gli animali che hanno sperimentato stress nei primi anni di vita erano inclini a entrare più frequentemente in spazi ampi, un luogo che in genere fa sentire i roditori vulnerabili ai predatori.
“Nel complesso, ciò suggerisce che potrebbero correre più rischi più avanti nella vita, il che è coerente con i dati umani che mostrano che lo stress nei primi anni di vita può aumentare il rischio di determinate condizioni come l’ADHD, che può essere caratterizzata da comportamenti a rischio o disturbi da uso di sostanze , “, ha detto Breccia.
I dati comportamentali che indicano gli effetti dannosi dello stress nei primi anni di vita forniscono un’ulteriore prova della necessità di affrontare le esperienze infantili negative, ha affermato Lenz.
“Cose come il sostegno sociale e l’arricchimento possono tamponare gli effetti dello stress nei primi anni di vita , come è stato dimostrato nei modelli animali e nelle persone”, ha affermato. “Non penso che si possa enfatizzare abbastanza quanto possano essere dannosi i fattori di stress della prima infanzia se non vengono affrontati.”
Questo lavoro è stato sostenuto dal Chronic Brain Injury Institute dell’Ohio State, dalla Brain Injury Association of America e dalla National Science Foundation Graduate Research Fellowship.
