Abstract
De nombreux patients connaissent d’excellentes récupérations physiques après une chirurgie ; cependant, certains d’entre eux souffrent de fluctuations d’humeur, voire de dépression. La dépression postopératoire peut résulter d’un dysfonctionnement cognitif, de la douleur et d’un système immunitaire compromis pendant l’opération. Mais il est plus probable que l’anesthésie générale soit responsable du développement de la dépression. Ici, nous avons utilisé l’un des anesthésiques les plus utilisés, le propofol, dans un modèle de souris afin d’étudier si ce composé anesthésique intraveineux pouvait provoquer des performances comportementales de type dépressif chez les souris. Nous avons constaté qu’une dose unique de propofol provoquait des anomalies significatives du comportement dans les tests de suspension de la queue, de nage forcée et de champ libre. Nous avons également examiné la section cérébrale de ces souris et révélé une réduction significative de l’expression de la protéine CD11b, ce qui démontre une inhibition du propofol sur la fonction microgliale. Nous avons étudié l’effet du propofol sur la protéine synaptique, SYP, et avons constaté qu’il n’y avait pas d’influence notable sur l’expression de la protéine. Ces résultats suggèrent que le traitement au propofol pourrait favoriser les comportements de type dépressif chez les souris en influençant la fonction des cellules microgliales. En outre, nous avons constaté que le niveau de la cytokine IL-6 était significativement augmenté dans le tissu cérébral, ce qui pourrait ensuite provoquer l’activation du facteur de transcription STAT3. Notre découverte peut fournir une nouvelle perspective pour mieux comprendre le mécanisme des médicaments anesthésiques et déchiffrer le mécanisme sous-jacent de la dépression postopératoire.
1. Introduction
De nombreux patients qui subissent une anesthésie générale ou une intervention chirurgicale connaissent une certaine forme de dépression post-chirurgicale, en particulier au cours des six mois suivant une procédure invasive . Comme l’une des complications fréquentes après une intervention chirurgicale, la dépression peut entraîner une morbidité et une mortalité supplémentaires, en particulier chez les patients âgés . Parallèlement, les chercheurs ont découvert que les patients déprimés sont plus susceptibles de souffrir d’autres complications après l’opération. Ils sont moins aptes à coopérer avec les soignants dans le cadre des soins postopératoires, comme la thérapie de réadaptation. Chez les patients qui ont déjà des antécédents de dépression ou d’anxiété, le temps de récupération de la dépression post-chirurgicale est beaucoup plus long. Une étude a également suggéré que la chirurgie pouvait exacerber la gravité de la dépression préexistante. Jusqu’à présent, on sait peu de choses sur la raison pour laquelle il existe un lien aussi fort entre chirurgie et dépression. Certains chercheurs pensent que la raison psychologique en soi est que de nombreuses personnes souffrent de dépression post-chirurgicale parce que les procédures chirurgicales les obligent à se confronter à leur propre mortalité. Certaines études ont également mis l’accent sur les types spécifiques de chirurgie en soi sur l’induction de la dépression post-chirurgicale puisque la dépression semble être plus souvent observée dans certaines chirurgies majeures, notamment la chirurgie du cerveau, la chirurgie de remplacement de la hanche et la résection du cancer. Cependant, des études récentes ont suggéré que la durée de l’anesthésie semble être liée à la probabilité et à la gravité de la dépression . Le propofol est l’un des anesthésiques les plus utilisés dans le cadre des soins intensifs après une intervention chirurgicale. Il a été constaté que le traitement au propofol est significativement associé à des dysfonctionnements cognitifs dans la période postopératoire . Jusqu’à présent, aucun effort n’a été fait pour examiner si et comment le propofol pouvait avoir un impact sur l’humeur des patients et des animaux. Par conséquent, nous avons utilisé un modèle de souris avec une dose unique de traitement au propofol et avons testé les comportements de type dépressif dans le modèle de souris. Nous avons constaté que les souris exposées à une dose unique de propofol présentaient des comportements de type anxieux lors d’un test en champ libre, en passant moins de temps dans la zone centrale, et des comportements de type dépressif lors des tests de suspension de la queue et de nage forcée, en présentant un temps d’immobilité plus long que les souris témoins sans injection de propofol. Nos résultats ont indiqué que le propofol pourrait être responsable de la fluctuation de l’humeur après la chirurgie et cet effet pourrait être associé à l’influence du propofol sur les cellules de la microglie dans le système nerveux central (SNC).
2. Matériaux et méthodes
2.1. Animaux et traitement médicamenteux
Dans la présente étude, nous avons utilisé des souris C57BL/6 mâles âgées de 8 à 10 semaines. Toutes les souris avaient un accès libre à l’eau et à la nourriture. Pour toutes les études animales ici, les souris ont été traitées en suivant strictement les directives établies par le Conseil chinois sur les soins aux animaux. Toutes les procédures ont été approuvées par le comité de protection des animaux de l’hôpital municipal de Qingdao, Shandong, Chine. L’étude a porté sur deux groupes de souris : une solution saline normale (témoins ; ) et du propofol (75 mg/kg ; ). Une injection à dose unique de propofol a été administrée aux souris par voie intrapéritonéale. Une solution commerciale de propofol pour injection (Xi’an Libang Pharmaceuticals, Chine) a été utilisée ici. La dose de propofol utilisée ici est adaptée de l’étude précédente . Pendant la durée de l’anesthésie, toutes les souris ont été placées sur le coussin chauffant pour maintenir leur température corporelle. Les tests comportementaux ont été effectués 1 semaine plus tard.
2.2. Champ ouvert
Une boîte en bois carrée a été utilisée ici pour le test de champ ouvert comme décrit précédemment . Au début du test, chaque souris a été placée dans un coin de la boîte face au mur. La distance totale parcourue et le temps total passé dans les carrés intérieurs de toutes les souris ont été enregistrés et mesurés dans une session de 5 minutes.
2.3. Test de suspension de la queue
Pour le test de suspension de la queue, les procédures ont été effectuées comme indiqué précédemment . Les souris ont été suspendues par la queue avec un ruban adhésif sur un petit crochet métallique, et elles ne peuvent pas s’échapper ou s’accrocher à des surfaces proches dans cette position. Le temps total que les souris ont passé en état d’immobilité pendant la période de test de 6 min a été enregistré. L’immobilité est définie comme l’absence de tentative des souris de bouger leur corps.
2.4. Test de natation forcée
Nous avons effectué le test de natation forcée comme précédemment rapporté . Les souris ont été placées dans un bécher en verre rempli d’eau à température ambiante. Nous avons testé le temps total d’immobilité des souris dans une session de test de 15 min, et les 6 dernières min ont été notées pour la durée d’immobilité. A la fin de chaque test, les souris mouillées ont été immédiatement placées dans une cage avec une literie normale après avoir été réchauffées dans une serviette sèche.
2.5. Test du labyrinthe élevé plus
Le labyrinthe élevé plus est une méthode simple pour évaluer les réponses d’anxiété des animaux. Nous avons testé le niveau d’anxiété des souris en utilisant le test du labyrinthe élevé plus comme précédemment rapporté . Fondamentalement, l’appareil de labyrinthe élevé plus est équipé de deux bras ouverts et deux bras fermés et élevé à une hauteur d’environ 50 cm au-dessus du sol. Au début de chaque test, la souris a été placée dans le carré central en faisant face au bras ouvert, puis a été autorisée à explorer les bras pendant 5 minutes. Le temps passé dans les bras ouverts a été enregistré et analysé par une personne qui n’était pas impliquée dans la conception expérimentale.
2.6. Dosage immuno-enzymatique (ELISA)
Nous avons mesuré le niveau d’IL-6 dans les tissus cérébraux en utilisant un kit ELISA commercial (eBioscience, Thermo Fisher Scientific). Chaque échantillon a été dosé en double avec des dilutions appropriées afin que les unités luminescentes relatives puissent se situer dans la plage linéaire des courbes standard. La valeur de l’IL-6 de chaque échantillon a été normalisée et exprimée sous la forme d’un ratio par rapport à la protéine de charge totale en tant que ratio relatif. L’absorbance de chaque échantillon a été mesurée avec un lecteur de microplaques (Synergy Mx, BioTek, Winooski, VT).
2.7. Western Blot
Les échantillons de cerveau dissous ont été traités et passés sur des gels de SDS-PAGE. Ils ont ensuite été transférés sur des membranes PVDF qui ont ensuite été bloquées avec du lait écrémé à 5% dans un tampon TBST. Les membranes bloquées ont ensuite été étudiées avec des anticorps contre CD11b (1 : 4000 ; Abcam, UK), synaptophysine (SYP), p-Stat-3 (1 : 1000 ; Cell Signaling, Danvers, MA) et Stat-3 total (1 : 1000 ; Cell Signaling, Danvers, MA) dans du lait TBST pendant la nuit à 4°C. Après incubation avec les anticorps secondaires pendant 2 heures à température ambiante respectivement, les bandes de protéines sur la membrane ont été révélées par une réaction de chimiluminescence. La β-Actine a été utilisée comme contrôle interne (1 : 5000 ; Santa Cruz Biotechnology, CA, USA). Les résultats quantitatifs ont été exprimés en tant que ratio de chaque protéine cible par rapport à sa β-actine.
2.8. Analyse statistique
Les valeurs présentées dans l’étude ont été indiquées comme la . La signification de la différence entre deux groupes a été déterminée par l’analyse du -test de Student. Une valeur inférieure à 0,05 a été considérée comme statistiquement significative.
3. Résultats
3.1. Une dose unique d’exposition au propofol a provoqué des comportements de type dépressif chez les souris avec des tests de suspension de la queue et de nage forcée
Dans un premier temps, nous avons testé l’hypothèse selon laquelle une dose unique de traitement au propofol pourrait provoquer des effets à long terme sur les performances comportementales des souris en nous concentrant sur la manière de dépression. Nous avons utilisé les tests de suspension de la queue et de nage forcée chez ces souris pour explorer les effets à long terme du propofol. Dans le test de suspension de la queue, nous avons constaté que le propofol augmentait significativement le temps d’immobilisation par rapport aux souris témoins non traitées au propofol lorsque les souris étaient suspendues par la queue (Figure 1). Pour confirmer davantage les comportements de type dépressif chez les souris exposées au propofol, nous avons utilisé la méthode de nage forcée pour mesurer le temps d’immobilité de ces souris. Nos résultats ont montré que le propofol augmentait le temps total d’immobilité par rapport aux souris du groupe témoin (Figure 2). Ces résultats ci-dessus ont révélé qu’une dose unique de traitement au propofol pouvait provoquer et maintenir la performance comportementale dépressive à long terme chez les souris.
3.2. Une dose unique d’exposition au propofol a provoqué des comportements de type anxiété chez les souris avec des tests de champ ouvert et de Maze Plus élevé
L’anxiété est la complication de cooccurrence la plus élevée dans la dépression. Par conséquent, nous avons postulé que le propofol pourrait induire des comportements de type anxiété chez ces souris, en nous basant sur les résultats comportementaux ci-dessus chez ces souris. Nous avons utilisé l’essai en champ libre pour tester le niveau d’anxiété de ces souris. Comme le montre la figure 3(a), le traitement au propofol a réduit efficacement le temps total que les souris ont passé sur la zone centrale dans le champ ouvert. Nous avons également mesuré un autre paramètre important du test, la distance totale de déplacement des souris. Comme nous nous y attendions, l’injection de propofol a réduit de manière significative la distance parcourue par les souris lors de la session de test de 5 minutes par rapport aux souris témoins (Figure 3(b)). Ensuite, nous avons étudié les comportements anxieux de ces souris dans le test du labyrinthe en croix élevé. Nous avons constaté que les souris exposées au propofol ont montré une diminution significative du temps passé dans les bras ouverts (Figure 4), ce qui est en accord avec les résultats du test en champ libre.
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(b)
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3.3. Une dose unique d’exposition au propofol a provoqué l’augmentation du niveau d’IL-6 dans les tissus cérébraux des souris
Une étude récente a suggéré l’implication de la neuroinflammation dans les déficits cognitifs postopératoires de type delirium . Nous avons testé si le propofol pouvait avoir un impact sur le niveau d’expression de l’IL-6 dans les tissus cérébraux de ces souris. Pour parvenir à cette conclusion, nous avons effectué un test ELISA dans les tissus cérébraux (hippocampe et cortex) pour évaluer le niveau d’IL-6 chez les souris avec ou sans traitement au propofol. Nos résultats ont démontré que le traitement au propofol dans ces conditions pouvait être capable de réguler à la hausse le niveau d’expression de cette cytokine dans le cerveau des souris exposées au propofol (Figure 5). Ce résultat a indiqué que le propofol pourrait provoquer les comportements de type anxieux et dépressif chez les souris en affectant la réponse inflammatoire dans leur cerveau.
3.4. Une dose unique d’exposition au propofol a provoqué la réduction de l’expression de CD11b et l’augmentation de l’expression de p-STAT-3 dans les tissus cérébraux des souris
En dernier lieu, nous avons sondé les mécanismes cellulaires et moléculaires possibles qui pourraient être responsables des changements comportementaux chez ces souris exposées au propofol. Nous avons testé si les cellules gliales étaient influencées par le traitement au propofol en examinant la protéine de marqueur microglial, CD11b. Grâce à une étude par western blot, nous avons constaté que le niveau d’expression de CD11b était réduit dans le cerveau des souris traitées au propofol (Figure 6(a)), ce qui suggère que la fonction microgliale pourrait être régulée par le traitement au propofol. En revanche, l’expression de la protéine présynaptique SYP n’a pas été affectée par le traitement au propofol (Figure 6(c)). Nous avons également étudié la fonction du facteur de transcription STAT-3 en examinant l’état de phosphorylation de STAT-3 (p-STAT-3). Nos résultats de western blot ont démontré que le traitement au propofol a provoqué une augmentation du niveau d’expression de p-STAT-3 sans affecter l’expression de STAT-3 total (Figure 6(b)). Ces résultats impliquent que le propofol pourrait influencer la fonction des cellules microgliales et augmenter la phosphorylation de STAT-3 tout en induisant les performances comportementales de type anxieux et dépressif chez les souris.
(a)
(b)
(c)
(a)(a)
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4. Discussion
Les dysfonctionnements cognitifs et de la mémoire ont été assez étudiés, mais la fluctuation de l’humeur postopératoire n’a pas attiré assez d’attention jusqu’à présent. Certaines preuves ont soutenu l’idée qu’il y avait des changements d’humeur significatifs qui se sont produits chez les patients qui sont exposés à la chirurgie et au traitement anesthésique. Ici, nous avons testé une nouvelle hypothèse selon laquelle le traitement anesthésique en lui-même peut suffire à affecter de manière significative l’état d’esprit chez les animaux qui ont subi une dose unique de traitement anesthésique sans procédure chirurgicale associée. Nous avons utilisé le propofol comme composé anesthésique représentatif et l’avons injecté par voie intrapéritonéale aux souris. Les jours suivants, une série de comportements dépressifs et anxieux ont été réalisés pour observer les changements d’humeur des souris. Nous avons constaté qu’il y avait des différences significatives dans les performances comportementales entre ces souris avec ou sans exposition au propofol. Puisque ces effets induits par le propofol ont été maintenus pendant un temps significatif même après le retrait du médicament, nous avons postulé que ces effets n’étaient pas l’influence anesthésique aiguë mais étaient médiés par d’autres systèmes dans le SNC.
La neuroinflammation s’est avérée être l’un des principaux facteurs qui contribuent à la dépression et à d’autres changements d’humeur dans le SNC . Ici, nous avons demandé si une cellule microgliale était activée dans le cerveau des souris après une exposition au propofol. Le marqueur protéique des cellules microgliales, CD11b, qui est l’une des protéines marqueurs communes pour démontrer l’activation de la microglie, a été étudié par western blot. De manière surprenante, nos résultats ont indiqué que le propofol pouvait inhiber le niveau de protéine de CD11b. L’explication plausible est que le propofol peut inhiber l’expression de la protéine CD11b, que les cellules microgliales soient activées ou non. La progression importante du propofol peut être importante pour le traitement potentiel de l’atténuation de la suractivation microgliale dans certaines conditions pathologiques du SNC, telles que les traumatismes, les accidents vasculaires cérébraux et la sclérose en plaques. Nous avons également examiné l’effet du propofol sur les protéines synaptiques qui sont des facteurs fondamentaux très importants pour les performances comportementales des animaux. Il est intéressant de noter que, bien que le propofol puisse affecter la fonction des cellules microgliales, il ne semble pas avoir d’impact sur le niveau d’expression des protéines synaptiques. Ces résultats ne sont pas en accord avec certains rapports précédents. La raison possible peut être due à la différence de fenêtre temporelle lorsque les protéines ont été collectées après l’administration du propofol. Mais nos résultats suggèrent toujours que le propofol pourrait avoir un impact différent sur les neurones et les autres cellules gliales. Dans l’étude future, les effets du propofol sur les cellules gliales et neuronales devraient être élaborés individuellement.
La réponse neuroinflammatoire dans le SNC exposé à la dose unique de propofol a été validée plus avant par le test ELISA de l’IL-6 dans ces deux groupes de souris. Nous avons constaté que le traitement au propofol pouvait induire une augmentation de l’IL-6 dans le cerveau des souris. Ces résultats étaient en accord avec les résultats du propofol sur la fonction des cellules microgliales. Tout en inhibant le composant CD11b, le propofol peut activer les voies de signalisation pertinentes qui sont importantes pour l’activation des cellules microgliales.
Collectivement, notre étude a suggéré que le propofol était capable d’influencer la fonction des cellules microgliales et d’exacerber la réponse inflammatoire dans le SNC. La réaction cellulaire et moléculaire pourrait être responsable des changements comportementaux chez ces souris qui sont administrées avec la dose unique de propofol. Notre étude a souligné le rôle important des anesthésiques sur l’impact des changements d’humeur après une opération, mais l’humeur pourrait être significativement affectée par de nombreux facteurs, y compris l’inflammation qui est assez souvent observée chez les patients pendant et après une opération. Par conséquent, une série d’études systémiques bien conçues sur un modèle animal qui impliquait non seulement les anesthésiques mais aussi la procédure chirurgicale sont justifiées pour l’avenir.
Data Availability
Les données utilisées pour soutenir les conclusions de cette étude sont disponibles sur demande auprès de l’auteur correspondant.
Conflits d’intérêts
Tous les auteurs déclarent ne pas avoir de conflits d’intérêts.
Remerciements
Les auteurs remercient le soutien financier du département d’orthopédie de l’hôpital municipal de Qingdao, Qingdao, Shandong, Chine, et le soutien technique de l’université de médecine de Weifang, Weifang, Chine.