ЭКСПРЕССИЯ МОЗГОВОГО НЕЙРОТРОФИЧЕСКОГО ФАКТОРА (BDNF) ПОВЫШАЕТ УСТОЙЧИВОСТЬ НЕЙРОНОВ К ГИБЕЛИ В ПОСТРЕАНИМАЦИОННОМ ПЕРИОДЕ

Одним из наиболее актуальных вопросов в современной нейробиологии и медицине остается поиск веществ, способных защитить клетки головного мозга от повреждающего действия гипоксии. В настоящее время в литературе широко обсуждаются возможности применения нейротрофических факторов, в частности, белка BDNF (brain-derived neurotrophic  factor),  для  лечения  неврологических  заболеваний.  Однако  остается  неясным,  как  изменяется  уровень экспрессии данного белка в нейронах головного мозга в постреанимационном периоде после остановки системного кровообращения.

Цель исследования. Определить уровень экспрессии ВDNF в высокочувствительной к ишемии нейрональной популяции клеток Пуркинье мозжечка и оценить его значение в устойчивости нейронов к ишемии-реперфузии.

Материалы и методы. У половозрелых белых нелинейных самцов крыс (n=11) под эфирным наркозом вызывали остановку сердца на 12 мин путем внутриторакального пережатия сосудистого пучка сердца c последующим оживлением. Контрольную группу составили ложнооперированные животные (n=11). На 7-е сутки после реанимации методом морфометрического анализа на окрашенных по Нисслю парафиновых срезах толщиной 5—6 мкм определяли общее число клеток Пуркинье на 1 мм длины их слоя. Иммуногистохимическое исследование экспрессии белка BDNF в клетках Пуркинье проводили непрямым пероксидазно-антипероксидазным методом с использованием первичных поликлональных антител против BDNF. Подсчитывали число клеток Пуркинье с разной иммунореактивностью к белку BDNF. Интенсивность экспрессии BDNF оценивали по показателю средней оптической плотности.

Результаты.  12-минутная  остановка  системного  кровообращения  у  крыс  приводила  к  уменьшению  числа  клеток Пуркинье на 12,5%. При иммуногистохимическом исследовании обнаружено, что число BDNF–нейронов у реанимированых крыс было снижено. При этом число BDNF+ и BDNF++ нейронов соответствовало контрольному уровню. Следовательно, погибaли только BDNF-негативные, т. е. не экспрессирующие белок BDNF нейроны. Анализ средней оптической плотности показал, что среди оставшихся нейронов уровень экспрессии белка BDNF был повышен в сравнении с контролем. Выявленные факты свидетельствуют о нейропротективном действии этого белка в постреанимационном периоде.

Заключение. Cпособность к экспрессии белка BDNF является важным фактором, повышающим устойчивость нейронов к гибели в постреанимационном периоде. Это обуславливает перспективность использования BDNF для разработки новых подходов к защите мозга при ишемии-реперфузии.

1. Schneider A., Böttiger B.W., Popp E. Cerebral resuscitation after cardio-circulatory arrest. Anesth. Analg. 2009; 108 (3): 971—979. http://dx.doi.org/10.1213/ane.0b013e318193ca99. PMID:19224811

2. Huang L., Applegate P.M., Gatling J.W., Mangus D.B., Zhang J., Applegate R.L. A systematic review of neuroprotective strategies after cardiac arrest: from bench to bedside (part II-comprehensive protection). Med. Gas Res. 2014; 4: 10. http://dx.doi.org/10.1186/2045-9912-4-10. PMID: 25671079

3. Аврущенко М.Ш., Мороз В.В., Острова И.В. Постреанимационные изменения мозга на уровне нейрональных популяций: закономерности и механизмы. Общая реаниматология. 2012; 8 (4): 69—79. http://dx.doi.org/10.15360/1813-9779-2012-4-69

4. Острова И.В., Аврущенко М.Ш., Волков А.В. Взаимосвязь уровня экспрессии белка GRP78 с выраженностью постишемического повреждения гиппокампа у крыс разного пола. Общая реаниматология. 2011; 7 (6): 28—33. http://dx.doi.org/10.15360/1813-9779-2011-6-28

5. Аврущенко М.Ш., Острова И.В., Волков А.В. Постреанимационные изменения экспрессии глиального нейротрофического фактора (GDNF): взаимосвязь с повреждением клеток Пуркинье мозжечка (экспериментальное исследование). Общая реаниматология. 2014; 10 (5): 59—68. http://dx.doi.org/10.15360/1813-9779-2014-5-59-68

6. Chen A.I., Xiong L-J., Tong Y.U., Mao M. The neuroprotective roles of BDNF in hypoxic ischemic brain injury. Biomed. Rep. 2013; 1 (2): 167—176. http://dx.doi.org/10.3892/br.2012.48. PMID: 24648914

7. Ishrat T., Sayeed I., Atif F., Hua F., Stein D.G. Progesterone is neuroprotective against ischemic brain injury through its effects on the PI3K/Akt signaling pathway. Neuroscience. 2012; 210: 442—450. http://dx.doi.org/10.1016/j.neuroscience.2012.03.008. PMID: 22450229

8. Kim G., Kim E. The effects of antecedent exercise on motor function recovery and brain-derived neurotrophic factor expression after focal cerebral ischemia in rats. J. Phys. Ther. Sci. 2013; 25 (5): 553—556. http://dx.doi.org/10.1589/jpts.25.553. PMID: 24259800

9. Singh M., Su C. Progesterone-induced neuroprotection: factors that may predict therapeutic efficacy. Brain Res. 2013; 1514: 98—106. http://dx.doi.org/10.1016/j.brainres.2013.01.027. PMID: 23340161

10. Géral C., Angelova А., Lesieur S. From molecular to nanotechnology strategies for delivery of neurotrophins: emphasis on brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Pharmaceutics. 2013; 5 (1): 127—167. http://dx.doi.org/10.3390/pharmaceutics5010127. PMID: 24300402

11. Numakawa T. Possible protective action of neurotrophic factors and natural compounds against common neurodegenerative diseases. Neural. Regen. Res. 2014; 9 (16): 1506—1508. http://dx.doi.org/10.4103/1673-5374.139474. PMID: 25317165

12. Yu H., Chen Z.Y. The role of BDNF in depression on the basis of its location in the neural circuitry. Acta Pharmacol. Sin. 2011; 32 (1): 3—11. http://dx.doi.org/10.1038/aps.2010.184. PMID: 21131999

13. Dugich-Djordjevic M.M., Peterson C., Isono F., Ohsawa F., Widmer H.R., Denton T.L., Bennett G.L., Hefti F. Immunohistochemical visualization of brain-derived neurotrophic factor in the rat brain. Eur. J. Neurosci. 1995; 7 (9): 1831—1839. http://dx.doi.org/10.1111/j.1460-9568.1995.tb00703.x. PMID: 8528456

14. Tapia-Arancibia L., Rage F., Givalois L., Arancibia S. Physiology of BDNF: focus on hypothalamic function. Front. Neuroendocrinol. 2004; 25 (2): 77—107. PMID: 15571756

15. Gobbo O.L., O’Mara S.M. Impact of enriched-environment housing on brain-derived neurotrophic factor and on cognitive performance after a transient global ischemia. Behav. Brain Res. 2004; 152 (2): 231—241. http://dx.doi.org/10.1016/j.bbr.2003.10.017. PMID: 15196790

16. Ploughman M., Windle V., MacLellan C.L., White N., Doré J.J., Corbett D. Brain-derived neurotrophic factor contributes to recovery of skilled reaching after focal ischemia in rats. Stroke. 2009; 40 (4): 1490—1495. http://dx.doi.org/10.1161/STROKEAHA.108.531806. PMID: 19164786

17. Shih P.C., Yang Y.R., Wang R.Y. Effects of exercise intensity on spatial memory performance and hippocampal synaptic plasticity in transient brain ischemic rats. PLoS One. 2013; 8 (10): e78163. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0078163. PMID: 24205142

18. Ведунова М.В., Сахарнова Т.А., Митрошина Е.В., Мухина И.В. Антигипоксические свойства нейротрофического фактора головного мозга при моделировании гипоксии в диссоциированных культурах гиппокампа. Соврем. технологии в медицине. 2012; 4: 17—23.

19. Liu Z., Ma D., Feng G., Ma Y., Hu H. Recombinant AAV-mediated expression of human BDNF protects neurons against cell apoptosis in Abeta-induced neuronal damage model. J. Huazhong Univ. Sci. Technolog. Med. Sci. 2007; 27 (3): 233—236. PMID: 17641830

20. Takeshima Y., Nakamura M., Miyake H., Tamaki R., Inui T., Horiuchi K., Wajima D., Nakase H. Neuroprotection with intraventricular brain-derived neurotrophic factor in rat venous occlusion model. Neurosurgery. 2011; 68 (5): 1334—1341. http://dx.doi.org/10.1227/NEU.0b013e31820c048e. PMID: 21307800

21. Schäbitz W.R., Sommer C., Zoder W., Kiessling M., Schwaninger M., Schwab S. Intravenous brain-derived neurotrophic factor reduces infarct size and counterregulates Bax and Bcl-2 expression after temporary focal cerebral ischemia. Stroke. 2000; 31 (9): 2212—2217. http://dx.doi.org/10.1161/01.STR.31.9.2212. PMID: 10978054

22. Zhang Y., Pardridge W.M. Blood-brain barrier targeting of BDNF improves motor function in rats with middle cerebral artery occlusion. Brain Res. 2006; 1111 (1): 227—229. http://dx.doi.org/10.1016/j.brainres.2006.07.005. PMID: 16884698

23. Kim D.H., Zhao X., Tu C.H., Casaccia-Bonnefil P., Chao M.V. Prevention of apoptotic but not necrotic cell death following neuronal injury by neurotrophins signaling through the tyrosine kinase receptor. J. Neurosurg. 2004; 100 (1): 79—87. PMID: 14743916

24. D’Cruz B.J., Fertig K.C., Filiano A.J., Hicks S.D., DeFranco D.B., Callaway C.W. Hypothermic reperfusion after cardiac arrest augments brain-derived neurotrophic factor activation. J. Cereb. Blood Flow Metab. 2002; 22 (7): 843—851. http://dx.doi.org/10.1097/00004647-200207000-00009. PMID: 12142569

25. Ostrowski R.P., Graupner G., Titova E., Zhang J., Dach N., Corleone D., Tang J., Zhang J.H. The hyperbaric oxygen preconditioning-induced brain is mediated by a reduction of early apoptosis after transient cerebral ischemia. Neurobiol. Dis. 2008; 29 (1): 1—13. PMID: 17822911

26. Lee T.H., Yang J.T., Ko Y.S., Kato H., Itoyama Y., Kogure K. Influence of ischemic preconditioning on levels of nerve growth factor, brain-derived neurotrophic factor and their high-affinity receptors in hippocampus following forebrain ischemia. Brain Res. 2008; 1187: 1—11. PMID: 18036511

27. Ставчанский В.В., Творогова Т.В., Боцина А.Ю., Скворцова В.И., Лимборская С.А., Мясоедов Н.Ф., Дергунова Л.В. Семакс и его C-концевой фрагмент PGP влияют на экспрессию генов нейротрофинов и их рецепторов в условиях неполной глобальной ишемии мозга крыс. Молекулярная биология. 2011; 45 (6): 1026—1035. PMID: 22295573

28. Shu X., Zhang Y., Xu H., Kang K., Cai D. Brain-derived neurotrophic factor inhibits glucose intolerance after cerebral ischemia. Neural. Regen. Res. 2013; 8 (25): 2370—2378. http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-5374.2013.25.008. PMID: 25206547

29. Miyake K., Yamamoto W., Tadokoro M., Takagi N., Sasakawa K., Nitta A., Furukawa S., Takeo S. Alterations in hippocampal GAP-43, BDNF, and L1 following sustained cerebral ischemia. Brain Res. 2002; 935 (1—2): 24—31. http://dx.doi.org/10.1016/S0006-8993(02)02420-4. PMID: 12062469

30. Uchida H., Yokoyama H., Kimoto H., Kato H., Araki T. Long-term changes in the ipsilateral substantia nigra after transient focal cerebral ischaemia in rats. Int. J. Exp. Pathol. 2010; 91 (3): 256—266. http://dx.doi.org/10.1111/j.1365-2613.2010.00712.x. PMID: 20353427

31. Корпачев В.Г., Лысенков С.П., Тель Л.З. Моделирование клинической смерти и постреанимационной болезни у крыс. Патол. физиол. и эксперим. терапия. 1982; 3: 78—80. PMID: 7122145 32. Ritter C., Miranda A.S., Giombelli V.R., Tomasi C.D., Comim C.M., Teixeira A.L., Quevedo J., Dal-Pizzol F. Brain-derived neurotrophic factor plasma levels are associated with mortality in critically ill patients even in the absence of brain injury. Crit. Care. 2012; 16 (6): R234. http://dx.doi.org/10.1186/cc11902. PMID: 23245494

32. Живолупов С.А., Самарцев И.Н., Марченко А.А., Пуляткина О.В. Прогностическое значение содержания в крови нейротрофического фактора мозга (BDNF) при терапии некоторых функциональных и органических заболеваний нервной системы с применением адаптола. Журн. неврологии и психиатрии им. С.С.Корсакова. 2012; 112 (4): 37—41. PMID: 22810739

33. Pikula A., Beiser A.S., Chen T.C., Preis S.R., Vorgias D., DeCarli C., Au R., Kelly-Hayes M., Kase C.S., Wolf P.A., Vasan R.S., Seshadri S. Serum brain-derived neurotrophic factor and vascular endothelial growth factor levels are associated with risk of stroke and vascular brain injury: framingham study. Stroke. 2013; 44 (10): 2768—2775. http://dx.doi.org/10.1161/STROKEAHA.113.001447. PMID: 23929745

34. Голосная Г.С., Петрухин А.С., Терентьев А.А., Дуленков А.Б. Hейротрофический фактор головного мозга (BDNF) в ранней диагностике внутрижелудочковых кровоизлияний и перивентрикулярной лейкомаляции у новорожденных детей. Вопросы соврем. педиатрии. 2005; 4 (3): 13—18.

35. Попова Ю.Ю., Желев В.А., Михалев Е.В., Филиппов Г.П., Барановская С.В., Ермоленко С.П. Характеристика нейроспецифических маркеров у глубоконедоношенных новорожденных с гипоксическим поражением центральной нервной системы. Cибирский мед. журнал (Томск). 2007; 22 (4): 5—10.

36. Kiprianova I., Freiman T.M., Desiderato S., Schwab S., Galmbacher R., Gillardon F., Spranger M. Brain-derived neurotrophic factor prevents neuronal death and glial activation after global ischemia in the rat. J. Neurosci. Res. 1999; 56 (1): 21—27. http://dx.doi.org/10.1002/(SICI) 1097-4547(19990401)56:1%3C21::AID-JNR3%3E3.0.CO;2-Q. PMID: 10213471

37. Narantuya D., Nagai A., Sheikh A.M., Masuda J., Kobayashi S., Yamaguchi S., Kim S.U. Human microglia transplanted in rat focal ischemia brain induce neuroprotection and behavioral improvement. PLoS One. 2010; 5 (7): e11746. http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0011746. PMID: 20668522