Нейропротективный эффект фармакологического прекондиционирования дихолинсукцинатом в условиях экспериментального ишемического инсульта у крыс

Инфаркт головного мозга по ишемическому типу на сегодняшний день является одной из наиболее приоритетных проблем здравоохранения. Несмотря на различие в вариантах течения ишемического и ишемически-реперфузионного повреждения нервной ткани, в конечном счете процент инвалидизации напрямую зависит от эффективности воздействия на зону пенумбра. Применение дихолинсукцината (ДХС) — нейронального инсулин-сенситайзера является перспективным фармакологическим методом лечения и профилактики последствий перенесенного инсульта.

Цель исследования. Изучить влияние фармакологического прекондиционирования ДХС на гибель клеток мозга в условиях экспериментального ишемического инсульта у крыс.

Материалы и методы. Ишемический инсульт у крыс (n=16) моделировали введением вазоконстриктора эндотелина-1 (ET-1) в стриатум. Эффект фармакологического прекондиционирования с использованием ДХС как активного вещества оценивали, измеряя площадь инфаркта мозга в срезах мозга, окрашенных крезиловым фиолетовым. Влияние ДХС на показатели гликолиза и окислительного фосфорилирования в первичной культуре клеток мозжечка крысы оценивали, измеряя скорость закисления внеклеточной среды и скорости поглощения кислорода, соответственно.

Результаты. Курсовое введение ДХС в режиме прекондиционирования в течение 7 дней, один раз в день, в дозе 50 мг/кг per os снижает максимальную площадь зоны инфаркта мозга на 34% (p<0,05) по сравнению с контролем в условиях последующего экспериментального ишемического инсульта, вызванного введением ET-1. Трехдневная инкубация первичной культуры мозжечка крыс с 50 мкМ ДХС не влияет на базовые уровни гликолиза (p=0,916) и дыхания в клетках (p=0,8346), но увеличивает гликолитический резерв клеток на 70,0% (p<0,0001) по сравнению с контролем.

Заключение. Впервые показан нейропротективный эффект фармакологического прекондиционирования нейрональным инсулин-сенситайзером дихолинсукцинатом в условиях ишемического инсульта. Механизм действия ДХС связан с повышением гликолитического резерва клеток мозга, то есть с увеличением способности прекондиционированных клеток вырабатывать АТФ и лактат посредством гликолиза в условиях острого падения окислительного фосфорилирования.

1. Feigin V. L., Brainin M., Norrving B., Martins S., Sacco R. L., Hacke W., Fisher M., et al. World Stroke Organization (WSO): global stroke fact sheet 2022. Int J Stroke. 2022; 17 (1): 18–29. DOI: 10.1177/17474930211065917. PMID: 34986727.

2. Гусев Е. И., Скворцова В. И. Ишемия головного мозга. Москва: Медицина; 2001. 328 с.

3. O’Collins V. E., Macleod M. R., Donnan G. A., Horky L. L., van der Worp B. H., Howells D. W. 1,026 experimental treatments in acute stroke. Ann Neurol. 2006; 59 (3): 467–477. DOI: 10.1002/ana.20741. PMID: 16453316.

4. Lourbopoulos A., Mourouzis I., Xinaris C., Zerva N., Filippakis K., Pavlopoulos A., Pantos C. Translational block in stroke: a constructive and «out-of-the-box» reappraisal. Front Neurosci. 2021; 15: 652403. DOI: 10.3389/fnins.2021.652403. PMID: 34054413.

5. Murry C. E., Jennings R. B., Reimer K. A. Preconditioning with ischemia: a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium. Circulation. 1986; 74 (5): 1124–1136. DOI: 10.1161/01.CIR.74.5.1124. PMID: 3769170.

6. Liu Y., Kato H., Nakata N., Kogure K. Protection of rat hippocampus against ischemic neuronal damage by pretreatment with sublethal ischemia. Brain Res. 1992; 586 (1): 121–124. DOI: 10.1016/0006-8993(92)91380-W. PMID: 1380876.

7. Li S., Hafeez A., Noorulla F., Geng X.,Shao G., Ren C., Lu G., et al. Preconditioning in neuroprotection: from hypoxia to ischemia. Prog Neurobiol. 2017; 157: 79–91. DOI: 10.1016/j.pneurobio.2017.01.001. PMID: 28110083.

8. Dengler V. L., Galbraith M., Espinosa J. M. Transcriptional regulation by hypoxia inducible factors. Crit Rev Biochem Mol Biol. 2014; 49 (1): 1–15. DOI: 10.3109/10409238.2013.838205. PMID: 24099156.

9. Dong P., Li Q., Han H. HIF-1α in cerebral ischemia (Review). Mol Med Rep. 2022; 25 (2): 41. DOI: 10.3892/mmr.2021.12557. PMID: 34878158.

10. Zelzer E., Levy Y., Kahana C., Shilo B. Z., Rubinstein M., Cohen B. Insulin induces transcription of target genes through the hypoxia-inducible factor HIF-1alpha/ARNT. EMBO J. 1998; 17 (17): 5085–5094. DOI: 10.1093/emboj/17.17.5085. PMID: 9724644.

11. Pilkis S. J., Granner D. K. Molecular physiology of the regulation of hepatic gluconeogenesis and glycolysis. Annu Rev Physiol. 1992; 54: 885–909. DOI: 10.1146/annurev.ph.54.030192.004321. PMID: 1562196.

12. Taha C., Mitsumoto Y., Liu Z., Skolnik E. Y., Klip A. The insulin-dependent biosynthesis of GLUT1 and GLUT3 glucose transporters in L6 muscle cells is mediated by distinct pathways. Roles of p21ras and pp7o S6 kinase. J Biol Chem. 1995; 270 (42): 24678–24681. DOI: 10.1074/jbc.270.42.24678. PMID: 7559581.

13. Masuda S., Chikuma M., Sasaki R. Insulin-like growth factors and insulin stimulate erythropoietin production in primary cultured astrocytes. Brain Res. 1997; 746 (1–2): 63–70. DOI: 10.1016/S0006-8993(96)01186-9. PMID: 9037485.

14. Miele C., Rochford J. J., Filippa N., Giorgetti-Peradi S., Van Obberghen E. Insulin and insulin-like growth factor-I induce vascular endothelial growth factor mRNA expression via different signaling pathways. J Biol Chem. 2000; 275 (28): 21695–21702. DOI: 10.1074/jbc.M000805200. PMID: 10777488.

15. Treins C., Giorgetti-Peraldi S., Murdaca J., Semenza G. L., Van Obberghen E. Insulin stimulates hypoxia-inducible factor 1 through a phosphatidylinositol 3-kinase/target of rapamycin-dependent signaling pathway. J Biol Chem. 2002; 277 (31): 27975-27981. DOI: 10.1074/jbc.M204152200. PMID: 12032158.

16. Stiehl D. P., Jelkmann W., Wenger R. H., Hellwig-Bürgel T. Normoxic induction of the hypoxia-inducible factor 1alpha by insulin and interleukin-1beta involves the phosphatidylinositol 3-kinase pathway. FEBS Lett. 2002; 512 (1-3): 157–162. DOI: 10.1016/S0014-5793(02)02247-0. PMID: 11852072.

17. Russo V., Candeloro P., Malara N., Perozziello G., Iannone M., Scicchitano M., Mollace R., et al. Key role of cytochrome C for apoptosis detection using Raman microimaging in an animal model of brain ischemia with insulin treatment. Appl Spectrosc. 2019; 73 (10): 1208–1217. DOI: 10.1177/0003702819858671. PMID: 31219322.

18. Storozheva Z. I., Proshin A. T., Sherstnev V. V., Storozhevykh T., Senilova Y. E., Persyantseva N. A., Pinelis V. G., et al. Dicholine salt of succinic acid, a neuronal insulin sensitizer, ameliorates cognitive deficits in rodent models of normal aging, chronic cerebral hypoperfusion, and beta-amyloid peptide-(25-35)-induced amnesia. BMC Pharmacol. 2008; 8: 1. DOI: 10.1186/1471-2210-8-1. PMID: 18215309.

19. Pomytkin I. A., Semenova N. A. Study of the effect of preconditioning with succinic acid salt of choline (1:2) on the disturbances of energy metabolism in the brain during ischemia by 31P NMR in vivo. Dokl Biochem Biophys. 2005; 403: 289–292. DOI: 10.1007/s10628-005-0094-7. PMID: 16229144.

20. Pomytkin I. A., Storozheva Z. I., Semenova N. A., Proshin A. T., Sherstnev V. V., Varfolomeev S. D. Neuroprotective effect of choline succinate in rats with experimental chronic cerebral ischemia evaluated by cognitive ability tests. Biol Bull. 2007; 34 (2): 144–147.

21. Esposito E., Desai R., Ji X., Lo E. H. Pharmacologic pre- and post-conditioning for stroke: Basic mechanisms and translational opportunity. Brain Circ. 2015; 1: 104–113. DOI: 10.4103/2394-8108.166380.

22. Помыткин И. А., Писарев В. В., Меркулов М. Е., Кузнецова Е. Б., Салина Е. А., Малыгин А. Ю., Каркищенко Н. Н. Результаты клинического исследования II фазы лекарственного репарата Дирекорд: рандомизированное, двойное слепое, плацебо-контролируемое, с параллельными группами, проспективное исследование по подбору оптимальной дозировки и изучению эффективности, безопасности и переносимости у пациентов с ишемическим инсультом в раннем восстановительном периоде. Биомедицина. 2023; 19 (3): 87–96. DOI: 10.33647/2074-5982-19-3-87-96.

23. Помыткин И. А., Писарев В. В., Меркулов М. Е., Лукиных Л. В., Моржухина М. В., Каркищенко Н. Н. Результаты клинического исследования III фазы: многоцентровое рандомизированное двойное слепое плацебо-контролируемое в параллельных группах исследование эффективности и безопасности лекарственного препарата Дирекорд у пациентов с ишемическим инсультом в раннем восстановительном периоде. Биомедицина. 2023; 19 (4): 81–93. DOI: 10.33647/2074-5982-19-4-81-93.

24. Berthet C., Castillo X., Magistretti P. J., Hirt L. New evidence of neuroprotection by lactate after transient focal cerebral ischaemia: extended benefit after intracerebroventricular injection and efficacy of intravenous administration. Cerebrovasc Dis. 2012; 34 (5–6): 329–335. DOI: 10.1159/000343657. PMID: 23154656.

25. Jourdain P., Rothenfusser K., Ben-Adiba C., Allaman I., Marquet P., Magistretti P. J. Dual action of L-Lactate on the activity of NR2B-containing NMDA receptors: from potentiation to neuroprotection. Sci Rep. 2018; 8 (1): 13472. DOI: 10.1038/s41598-018-31534-y. PMID: 30194439.

26. Jourdain P., Allaman I., Rothenfusser K., Fiumelli H., Marquet P., Magistretti P. J. L-Lactate protects neurons against excitotoxicity: implication of an ATP-mediated signaling cascade. Sci Rep. 2016; 6: 21250. DOI: 10.1038/srep21250. PMID: 26893204.

27. Cerina M., Levers M., Keller J. M., Frega M. Neuroprotective role of lactate in a human in vitro model of the ischemic penumbra. Sci Rep. 2024; 14: 7973. DOI: 10.1038/s41598-024-58669-5. PMID: 38575687.

28. Sanderson T. H., Reynolds C. A., Kumar R., Przyklenk K., M. Molecular mechanisms of ischemia-reperfusion injury in brain: pivotal role of the mitochondrial membrane potential in reactive oxygen species generation. Mol Neurobiol. 2013; 47 (1): 9–23. DOI: 10.1007/s12035-012-8344-z. PMID: 23011809.