ДЕЙСТВИЕ АНТИОКСИДАНТА SKQ1 НА СТРУКТУРНОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ МОЗГА В ПОСТРЕАНИМАЦИОННОМ ПЕРИОДЕ

Цель работы — оценка эффективности митохондриальнонаправленного антиоксиданта SkQ1 для предупреждения постреанимационных нарушений структурнофункционального состояния мозга.

Материалы и методы. У 19 половозрелых самцов крыс Вистар вызывали остановку сердца на 7 минут с последующей реанимацией. Часть животных (n=9) получала SkQ1 перорально в дозе 500 нмоль/кг с водой в течение 2х недель (1 неделю до и 1 неделю после реанимации). Контролем служили ложнооперированные животные (n=10). На 4—6е сутки после реанимации у крыс оценивали двигательную активность и тревожность (тест «приподнятый крестообразный лабиринт»), а также сенсомоторную функцию конечностей (тест «сужающаяся дорожка»). Через 7 суток после реанимации на препаратах, окрашенных по Нисслю, определяли плотность нейронов на 1 мм длины их слоя в высокочувствительных к гипоксии нейрональных популяциях (пирамидные нейроны полей СА1 и СА4 гиппокампа, клетки Пуркинье мозжечка). Для выявления возможных механизмов действия SkQ1 проводили иммуногистохимическое исследование экспрессии глиального нейротрофического фактора (GDNF) непрямым пероксидазноантипероксидазным методом с использованием первичных поликлональных антител против GDNF.

Результаты. Обнаружено, что ишемияреперфузия приводит к гибели нейронов во всех исследованных отделах мозга, что сопровождается снижением двигательной активности и развитием сенсомоторного дефицита. Применение SkQ1 предупреждает развитие постреанимационных двигательных и сенсомоторных нарушений, существенно уменьшает гибель клеток Пуркинье мозжечка, предотвращает гибель пирамидных нейронов в поле СА4 гиппокампа, но не в поле СА1. Показано, что в популяции клеток Пуркинье мозжечка применение SkQ1 сопровождается увеличением числа GDNFположительных нейронов, более устойчивых к ишемии (переход части GDNFотрицательных клеток в категорию активно экспрессирующих этот фактор нейронов), что способствует их выживанию в постреанимационном периоде.

Заключение. Полученные в работе данные свидетельствуют о положительном воздействии SkQ1 на структурнофункциональное состояние мозга в постреанимационном периоде, что обуславливает перспективность применения этого препарата для предотвращения и коррекции постгипоксических энцефалопатий.

1. Skulachev V.P., Anisimov V.N., Antonenko Y.N., Bakeeva L.E., Chernyak B.V., Erichev V.P., Filenko O.F., Kalinina N.I., Kapelko V.I., Kolosova N.G., Kopnin B.P., Korshunova G.A., Lichinitser M.R., Obukhova L.A., Pasyukova E.G., Pisarenko O.I., Roginsky V.A., Ruuge E.K., Senin I.I., Severina I.I., Skulachev M.V., Spivak I.M., Tashlitsky V.N., Tkachuk V.A., Vyssokikh M.Y., YaguzhinskyL.S., Zorov D.B. An attempt to prevent senescence: a mitochondrial approach. Biochim. Biophys. Acta. 2009; 1787 (5): 437–461. http://dx.doi.org/ 10.1016/j.bbabio.2008.12.008.PMID: 19159610

2. Skulachev V.P. Mitochondriatargeted antioxidants as promising drugs for treatment of agerelated brain diseases. J. Alzheimers Disease. 2012; 28 (2): 283–289. http://dx.doi.org/10.3233/JAD2011111391. PMID: 21987592

3. Lukashev A.N., Skulachev M.V., Ostapenko V., Savchenko A.Y., Pavshintsev V.V., Skulachev V.P. Advances in development of recharge able mitochondrial antioxidants. Prog. Mol. Biol. Transl. Sci. 2014; 127: 251–265. http://dx.doi.org/10.1016/B9780123946256.000106. PMID: 25149221

4. Anisimov V.N., Bakeeva L.E., Egormin P.A., Filenko O.F., Isakova E.F., Manskikh V.N., Mikhelson V.M., Panteleeva A.A., Pasyukova E.G., Pilipenko D.I., Piskunova T.S., Popovich I.G., Roshchina N.V., Rybina O.Y., Saprunova V.B., Samoylova T.A., Semenchenko A.V., Skulachev M.V., Spivak I.M., Tsybul’ko E.A., Tyndyk M.L., Vyssokikh M.Y., Yurova M.N., Zabezhinsky M.A., Skulachev V.P. Mitochondriatargeted plasto quinone derivatives as tools to interrupt execution of the aging program. 5. SkQ1 prolongs lifespan and prevents development of traits of senescence. Biochemistry (Mosc.). 2008; 73 (12): 1329–1342. http://dx.doi.org/10.1134/S0006297908120055. PMID: 19120018

5. Antonenko Y.N., Avetisyan A.V., Bakeeva L.E., Chernyak B.V., Chertkov V.A., Domnina L.V., Ivanova O.Y., Izyumov D.S., Khailova L.S., Klishin S.S., Korshunova G.A., Lyamzaev K.G., Muntyan M.S., Nepryakhina O.K., Pashkovskaya A.A., Pletjushkina O.Y., Pustovidko A.V., Roginsky V.A., Rokitskaya T.I., Ruuge E.K., Saprunova V.B., Severina I.I., Simonyan R.A., Skulachev I.V., Skulachev M.V., Sumbatyan N.V., Sviryaeva I.V., Tashlitsky V.N., Vassiliev J.M., Vyssokikh M.Y., Yaguzhinsky L.S., Zamyatnin A.A.Jr., Skulachev V.P. Mitochondriatar geted plastoquinone derivatives as tools to interrupt execution of the aging program. 1. Cationic plastoquinone derivatives: synthesis and in vitro studies. Biochemistry (Mosc.). 2008; 73 (12): 1273–1287. http://dx.doi.org/10.1134/S0006297908120018. PMID: 19120014

6. Bakeeva L.E., Barskov I.V., Egorov M.V., Isaev N.K., Kapelko V.I., Kazachenko A.V., Kirpatovsky V.I., Kozlovsky S.V., Lakomkin V.L., Levina S.B., Pisarenko O.I., Plotnikov E.Y., Saprunova V.B., Serebryakova L.I., Skulachev M.V., Stelmashook E.V., Studneva I.M., Tskitishvili O.V., Vasilyeva A.K., Victorov I.V., Zorov D.B., Skulachev V.P. Mitochondria targeted plastoquinone derivatives as tools to interrupt execution of the aging program. 2. Treatment of some ROS and agerelated diseases (heart arrhythmia, heart infarctions, kidney ischemia, and stroke). Biochemistry (Mosc.). 2008; 73 (12): 1288–1299.http://dx.doi.org/10.1134/S000629790812002X. PMID: 19120015

7. Лакомкин В.Л., Капелько В.И. Защитный эффект митохондриального антиоксиданта SkQ1 при ишемии и реперфузии сердца. Кардиология. 2009; 49 (10): 55–60. PMID: 19845521

8. Plotnikov E.Y., Chupyrkina A.A., Jankauskas S.S., Pevzner I.B., Silachev D.N., Skulachev V.P., Zorov D.B. Mechanisms of nephroprotective effect of mitochondriatargeted antioxidants under rhabdomyolysis and ischemia/reperfusion. Biochim. Biophys. Acta. 2011; 1812 (1): 77–86. http://dx.doi.org/10.1016/j.bbadis.2010.09.008. PMID: 20884348

9. Kapay N.A., Popova O.V., Isaev N.K., Stelmashook E.V., Kondratenko R.V., Zorov D.B., Skrebitsky V.G., Skulachev V.P. Mitochondriatarget ed plastoquinone antioxidant SkQ1 prevents amyloidвinduced impairment of longterm potentiation in rat hippocampal slices. J. Alzheimers Dis. 2013; 36 (2): 377–383. http://dx.doi.org/10.3233/ JAD122428. PMID: 23735258

10. Stefanova N.A., Fursova A.Zh., Kolosova N.G. Behavioral effects induced by mitochondriatargeted antioxidant SkQ1 in Wistar and senescenceaccelerated OXYS rats. J. Alzheimers Dis. 2010; 21 (2): 479–491. http://dx.doi.org/10.3233/JAD2010091675. PMID: 20555140

11. Аврущенко М.Ш., Острова И.В., ВолковА.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/10.15360/18139779201455968

12. Cao J., Niu H., Wang H., Huang X., Gao D. NFкB p65/p52 plays a role in GDNF upregulating Bcl2 and Bclw expression in 6OHDA induced apoptosis of MN9D cell. J. Neurosci. 2013; 123 (10): 705–710. http://dx.doi.org/10.3109/00207454.2013.795149. PMID: 23590664

13. Li F., Wang M., Zhu S., Li L., Xiong Y., Gao D. The potential neuroprotection mechanism of GDNF in the 6OHDAinduced cellular models of Parkinson’s Disease. Cell Mol. Neurobiol. 2013; 33 (7): 907–919. http://dx.doi.org/10.1007/s1057101399570. PMID: 23846419

14. Li L., Chen H., Chen F., Li F., Wang M., Wang L., Li Y., Gao D. Effects of glia cell linederived neurotrophic factor on microRNA expression in a 6hydroxydopamineinjered dopaminergic cell line. J. Neural. Transm. (Vienna). 2013; 120 (11): 1511–1523. http://dx.doi.org/10.1007/s007020131031z. PMID: 23771700

15. Youdim M. Multi target neuroprotective and neurorestorative antiParkinson and antiAlzheimer drugs ladostigil and m30 derived from rasagiline. Exp. Neurobiol. 2013; 22 (1): 1–10. http://dx.doi.org/10.5607/en.2013.22.1.1. PMID: 23585716

16. Xu S., Bi C., Choi R., Zhu K., Miernisha A., Dong T., Tsim K. Flavonoids induce the synthesis and secretion of neurotrophic factors in cultured rat astrocytes: a signaling response mediated by estrogen receptor. Evid. Based Complement. Alternat. Med. 2013; 2013: 127075.http://dx.doi.org/10.1155/2013/127075. PMID: 23878590

17. Kotyuk E., Nemeth N., Halmai Z., Faludi G., SasvariSzekely M., Szekely A. Association between mood characteristics and polymorphisms of glial cell linederived neurotrophic factor (GNDF) in patients with depression. Neuropsychopharmacol. Hung. 2013; 15 (2): 63–72. PMID: 23817357

18. Myazaki H., Nagashima K., Okuma Y., Nomura Y. Expression of glial cell linederived neurotrophic factor induced by transient forebrain ischemia in rats. Brain Res. 2001; 922 (2): 165–172. http://dx.doi.org/10.1016/S00068993(01)03013X. PMID: 11743946

19. Ikeda T., Xia X.Y., Xia Y.X., Ikenoue T., Han B., Choi B.H. Glial cell line derived neurotrophic factor protects against ischemia/hypoxiainduced brain injury in neonatal rats. Acta Neuropathol. 2000; 100 (2): 161–167. http://dx.doi.org/10.1007/s004019900162. PMID: 10963363

20. Korsak K., Dolatshad N.F., Silva A.T., Saffrey M.J. Ageing of enteric neurons: oxidative stress, neurotrophic factors and antioxidant enzymes. Chem. Cent. J. 2012; 2; 6 (1): 80. http://dx.doi.org/10.1186/1752153X680. PMID: 22857398

21. Thrasivoulou C., Soubeyre V., Ridha H., Giuliani D., Giaroni C., Michael G.J., Saffrey M.J., Cowen T. Reactive oxygen species, dietary restriction and neurotrophic factors in agerelated loss of myenteric neurons. Aging Cell. 2006; 5 (3): 247–257. http://dx.doi.org/10.1111/j.14749726.2006.00214.x. PMID: 16842497

22. 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

23. Pellow S., Chopin P., File S.E., Briley M. Validation of open: closed arm entries in an elevated plusmaze as a measure of anxiety in the rat. J. Neurosci. Methods. 1985; 14 (3): 149–167. http://dx.doi.org/10.1016/01650270(85)900317. PMID: 2864480

24. Schallert T., Cenci M.A., Whishaw I.Q. Animal models of neurological deficits: how relevant is the rat? Nat. Rev. Neurosci. 2002; 3 (7): 574–579. PMID: 12094213

25. Ross D.A., Glick S.D. Lateralized effects of bilateral frontal cortex lesions in rats. Brain Res. 1981; 210 (1–2): 379–382. http://dx.doi.org/10.1016/00068993(81)909136. PMID: 7194718

26. Sanches E.F., Arteni N.S., Scherer E.B., Kolling J., Nicola F., Willborn S., Wyse A.T., Netto C.A. Are the consequences of neonatal hypoxiaischemia dependent on animals’ sex and brain lateralization? Brain Res. 2013; 1507: 105–114. http://dx.doi.org/10.1016/j.brainres.2013.02.040. PMID:23466455

27. Заржецкий Ю.В., Аврущенко М.Ш., Волков А.В. Нейрофизиологические механизмы постреанимационного повреждения мозга. Общая реаниматология. 2006; 2 (5–6): 101–110. http://dx.doi.org/10.15360/1813977920066101110

28. Аврущенко М.Ш., Волков А.В., Заржецкий Ю.В., Острова И.В. Постреанимационные изменения морфофункционального состояния нервных клеток: значение в патогенезе энцефалопатий. Общая реаниматология. 2006; 2 (5–6): 85–97. http://dx.doi.org/10.15360/18139779200668596

29. Аврущенко М.Ш., Мороз В.В., Острова И.В. Постреанимационные изменения мозга на уровне нейрональных популяций: закономерности и механизмы. Общая реаниматология. 2012; 8 (4): 69–78. http://dx.doi.org/10.15360/181397792012469

30. Kofler J., Hattori K., Sawada M., DeVries A.C., Martin L.J., Hurn P.D., Traystman R.J. Histopathological and behavioral characterization of a novel model of cardiac arrest and cardiopulmonary resuscitation in mice. J. Neurosci. Methods. 2004; 136 (1): 33–44. http://dx.doi.org/10.1016/j.jneumeth.2003.12.024. PMID: 15126043

31. Kosaka Y., Quillinan N., Bond C., Traystman R., Hurn P., Herson P. GPER1/GPR30 activation improves neuronal survival following global cerebral ischemia induced by cardiac arrest in mice. Transl. Stroke Res. 2012; 3 (4): 500–507. http://dx.doi.org/10.1007/s1297501202118. PMID: 23483801

32. Deng G., Yonchek J.C., Quillinan N., Strnad F.A., Exo J., Herson P.S., Traystman R.J. A novel mouse model of pediatric cardiac arrest and cardiopulmonary resuscitation reveals agedependent neuronal sensitivities to ischemic injury. J. Neurosci. Methods. 2014; 222: 34–41. http://dx.doi.org/ 10.1016/j.jneumeth.2013.10.015. PMID: 24192226

33. Nikonenko A.G., Radenovic L., Andjus P.R., Skibo G.G. Structural features of ischemic damage in the hippocampus. Anat. Rec. (Hoboken). 2009; 292 (12): 1914–1921. http://dx.doi.org/ 10.1002/ar.20969.PMID: 19943345

34. Quillinan N., Grewal H., Deng G., Shimizu K., Yonchek J.C., Strnad F., Traystman R.J., Herson P.S. Regionspecific role for GluN2Bcontaining NMDA receptors in injury to Purkinje cells and CA1 neurons following global cerebral ischemia. Neuroscience. 2015; 284: 555–565. http://dx.doi.org/ 10.1016/j.neuroscience.2014.10.033. PMID: 25450957

35. Ishibashi N., Iwata Y., Okamura T., Zurakowski D., Lidov H.G., Jonas R.A. Differential neuronal vulnerability varies according to specific cardiopulmonary bypass insult in a porcine survival model. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2010; 140 (6): 1408–1415. e13. http://dx.doi.org/10.1016/j.jtcvs.2010.03.008. PMID: 20434176

36. Ginsberg M.D. Neuroprotection for ischemic stroke: past, present and future. Neuropharmacology. 2008; 55 (3): 363–389. http://dx.doi.org/10.1016/j.neuropharm.2007.12.007. PMID: 18308347

37. Iadecola C., Anrather J. The immunology of stroke: from mechanisms to translation. Nat. Med. 2011; 17 (7): 796–808. http://dx.doi.org/10.1038/nm.2399. PMID: 21738161

38. Geocadin R.G., Koenig M.A., Jia X., Stevens R.D., Peberdy M.A. Management of brain injury after resuscitation from cardiac arrest. Neurol. Clin. 2008; 26 (2): 487–506. http://dx.doi.org/10.1016/j.ncl.2008.03.015. PMID: 18514823

39. Аврущенко М.Ш., Острова И.В., Заржецкий Ю.В., Волков А.В. Индивидуальнотипологические особенности постреанимационных изменений мозга: роль белков теплового шока HSP70. Общая реаниматология. 2008; 4 (6): 34–39. http://dx.doi.org/10.15360/181397792008634

40. Острова И.В., Мороз В.В., Аврущенко М.Ш. Значение иммуногистохимических исследований HSP70 в изучении постреанимационных изменений мозга. Общая реаниматология. 2007; 3 (5–6): 91–96. http://dx.doi.org/10.15360/18139779200769196

41. 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/10.15360/181397792011628

42. Аврущенко М.Ш., Острова И.В., Заржецкий Ю.В., Мороз В.В., Гудашева Т.А., Середенин С.Б. Влияние миметика фактора роста нервов ГК2 на постреанимационную экспрессию нейротрофических факторов. Патол. физиол. и эксперим. терапия. 2015; 59 (2): 13–18. PMID: 26571801

43. Острова И.В., Аврущенко М.Ш. Экспрессия мозгового нейротрофического фактора (BDNF) повышает устойчивость нейронов к гибели в постреанимационном периоде. Общая реаниматология. 2015;11 (3): 45–53. http://dx.doi.org/10.15360/18139779201534553

44. Yuan H.B., Huang Y., Zheng S., Zuo Z. Hypothermic preconditioning reduces Purkinje cell death possibly by preventing the overexpres sion of inducible nitric oxide synthase in rat cerebellar slices after an in vitro simulated ischemia. Neuroscience. 2006; 142 (2): 381–389. http://dx.doi.org/10.1016/j.neuroscience.2006.06.053. PMID: 16890370

45. Yuan H.B., Huang Y., Zheng S., Zuo Z. Hypothermic preconditioning increases survival of Purkinje neurons in rat cerebellar slices after an in vitro simulated ischemia. Anesthesiology. 2004; 100 (2): 331–337. http://dx.doi.org/10.1097/0000054220040200000023. PMID: 14739808

46. Wang L., Deng Q., Wu X., Yu J., Yang X., Zhong Y. Upregulation of glutamateaspartate transporter by glial cell linederived neurotrophic factor ameliorates cell apoptosis in neural retina in streptozotocin induced diabetic rats. CNS Neurosci. Ther. 2013; 19 (12): 945–953. http://dx.doi.org/ 10.1111/cns.12150. PMID: 23870489

47. Lau Y.S., Patki G., DasPanja K., Le W.D., Ahmad S.O. Neuroprotective effects and mechanisms of exercise in a chronic mouse model of Parkinson’s disease with moderate neurodegeneration. Eur. J. Neurosci.2011; 33 (7): 1264–1274. http: //dx.doi.org/10.1111/j.14609568.2011.07626.x. PMID: 21375602

48. Aguiar A.S.Jr., Stragier E., da Luz Scheffer D., Remor A.P., Oliveira P.A., Prediger R.D., Latini A., RaismanVozari R., Mongeau R., Lanfumey L. Effects of exercise on mitochondrial function, neuroplasticity and anxio depressive behavior of mice. Neuroscience. 2014; 271: 56–63. http: //dx.doi.org/10.1016/j.neuroscience.2014.04.027. PMID: 24780767