Diabetes Impairs Synaptic Plasticity in the Superior Cervical Ganglion: Possible Role for BDNF and Oxidative Stress

Abstract

The majority of diabetics develop serious disorders of the autonomic nervous system; however, there is no clear understanding on the causes of these complications. In this study, we examined the effect of streptozocin (STZ)-induced diabetes on activity-dependent synaptic plasticity, associated levels of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and antioxidant biomarkers in the rat sympathetic superior cervical ganglion. Diabetes (STZ-induced) was achieved by a single intraperitoneal injection of streptozocin (55 mg/kg).Compound action potentials were recorded from isolated ganglia before (basal) and after repetitive stimulation, or trains of paired pulses to express ganglionic long-term potentiation (gLTP) or long-term depression (gLTD). The input/output curves of ganglia from STZ-treated animals showed a marked rightward shift along most stimulus intensities, compared to those of ganglia from control animals, indicating impaired basal synaptic transmission in ganglia from STZ-induced diabetic animals. Repetitive stimulation induced robust gLTP and gLTD in ganglia isolated from control animals; the same protocols failed to induce gLTP or gLTD in ganglia from STZ-induced diabetic animals, indicating impairment of activity-dependent synaptic plasticity in these animals. Molecular analysis revealed significant reduction in the levels of BDNF and the ratio of glutathione/oxidized glutathione. Additionally, the activity of glutathione peroxidase, glutathione reductase, catalase, and the levels of thiobarbituric acid-reactive substances were increased in ganglia from STZ-treated animals. In conclusion, impaired basal synaptic transmission and synaptic plasticity are associated with reduced BDNF and altered oxidative stress biomarkers in the sympathetic ganglia from STZ-induced diabetic animals, suggesting a possible correlation of these factors with the manifestations of STZ-induced diabetes in the peripheral nervous system.

The Effect of Actovegyn on the Mechanisms of Oxidative Stress Developing in Patients With Type 2 Diabetes Mellitus and Cardiovascular Autonomic Neuropathy

“…Патогенетичні механізми КВАН наразі не є повністю з'ясованими. Вважається, що довготривала гіперглікемія при ЦД2 може чинити нейротоксичний вплив і здатна викликати пошкодження нейронів симпатичного та парасимпатичного відділів автономної нервової системи з порушенням синаптичної передачі і синаптичної пластичності через розвиток ОС [4][5][6]. Останній, як відомо, віддзеркалює дисбаланс між генерацією біологічно важливих активних форм кисню (АФК) та діяльністю системи антиоксидантного захисту (САОЗ), що і призводить до окисного пошкодження клітинних протеїнів, ліпідів і ДНК.…”

Encefalopatia Diabética E Depressão: Dano Oxidativo No Cérebro

“…Em ratos diabéticos, a hiperglicemia está associada com alteração do metabolismo mitocondrial, resultando em acréscimos na produção de O2•-e de H 2 O 2 , além de aumento acentuado na medida de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico (TBARS) em homogenatos de córtex cerebral, indicando a presença de peroxidação lipídica em fase inicial do diabetes 39 . Alterações no sistema nervoso autônomo, conhecidas por neuropatias, são complicações comuns em diabéticos e têm sido relacionadas com biomarcadores de estresse oxidativo 40 . Em roedores, a exposição durante 10 dias a STZ, um modelo experimental de diabetes tipo 1, ocasiona prejuízo na transmissão e na plasticidade sináptica em isolados de gânglios cervicais, associado com redução de fator neurotrófico derivado do cérebro (brain-derived neutrophic factor, BDNF) e alteração de biomarcadores de estresse oxidativo, incluindo aumento da atividade das enzimas glutationa peroxidase (GPx), glutationa redutase, CAT e dos níveis de TBARS, bem como diminuição da razão glutationa reduzida/glutationa oxidada (GSH/GSSG), sugerindo uma possível correlação entre as manifestações do diabetes no sistema nervoso autônomo e o estresse oxidativo 40 .…”

“…Alterações no sistema nervoso autônomo, conhecidas por neuropatias, são complicações comuns em diabéticos e têm sido relacionadas com biomarcadores de estresse oxidativo 40 . Em roedores, a exposição durante 10 dias a STZ, um modelo experimental de diabetes tipo 1, ocasiona prejuízo na transmissão e na plasticidade sináptica em isolados de gânglios cervicais, associado com redução de fator neurotrófico derivado do cérebro (brain-derived neutrophic factor, BDNF) e alteração de biomarcadores de estresse oxidativo, incluindo aumento da atividade das enzimas glutationa peroxidase (GPx), glutationa redutase, CAT e dos níveis de TBARS, bem como diminuição da razão glutationa reduzida/glutationa oxidada (GSH/GSSG), sugerindo uma possível correlação entre as manifestações do diabetes no sistema nervoso autônomo e o estresse oxidativo 40 . Um estudo realizado por Haiching et al 41 demonstrou que ratos com diabetes induzida por STZ apresentam alterações estruturais e funcionais no hipocampo, levando ao comprometimento da memória e do aprendizado, em associação com a expressão diminuída no hipocampo das enzimas de defesa antioxidante GPx, SOD e CAT, somado ao aumento de malondialdeído, um marcador de peroxidação lipídica.…”

Impaired Insulin Signaling Alters Mediators of Hippocampal Synaptic Dynamics/Plasticity: A Possible Mechanism of Hyperglycemia-Induced Cognitive Impairment

“…The pathology of hyperglycemia/diabetes progresses over time. The intraperitoneal (IP) injection of STZ (~60 mg/kg) in rats causes hyperglycemia within one week; however, the development of other symptoms, including damage to the central nervous system (CNS) [ 13 ] and peripheral nervous system (PNS) [ 14 ], appears later in the course of the disease. In the early stages, hyperglycemia affects different neuronal pathways [ 15 , 16 ], including the cholinergic system in the celiac ganglia (impairs glucagon response to insulin) [ 17 ].…”