ИССЛЕДОВАНИЕ МАРКЕРОВ НЕЙРОДЕГЕНЕРАЦИИ ПРИ ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ МОДЕЛИ СПОРАДИЧЕСКОГО НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНОГО ЗАБОЛЕВАНИЯ

АННОТАЦИЯ

СД2 ассоциирован с риском развития различных проявлений патологии центральной нервной системы – с нарушениями мозгового кровообращения, когнитивными нарушениями, деменцией, болезнью Альцгеймера. Предполагается, что именно инсулинорезистентность играет ключевую роль в повышении риска и темпах развития нейродегенерации при СД2, непосредственно влияя на темпы накопления амилоида и тау-протеина. В связи с этим, целью работы было изучение маркеров нейродегенерации на модели животных со спорадическим нейродегенеративным заболеванием (СНДЗ).  Показано, что у животных с моделью СНДЗ наблюдаются заметные изменения  когнитивных параметров, углеводного  и  липидного обмена, а также увеличение содержания характерных маркеров нейродегенерации в крови.

АBSTRАCT

Type 2 diabetes is associated with the risk of developing various manifestations of central nervous system pathology – with cerebrovascular accidents, cognitive impairment, dementia, and Alzheimer's disease. It is assumed that insulin resistance plays a key role in increasing the risk and rate of development of neurodegeneration in T2DM, directly influencing the rate of accumulation of amyloid and tau protein. In this regard, the aim of the work was to study markers of neurodegeneration in an animal model with sporadic neurodegenerative disease (SNDD). It has been shown that animals with the SNDD model exhibit noticeable changes in cognitive parameters, carbohydrate and lipid metabolism, as well as an increase in the content of characteristic markers of neurodegeneration in the blood.

Ключевые слова: экспериментальная модель животных, сахарный диабет, нейродегенеративное заболевание, β-амилоид, тау-белок, кальций-связывающий белок S100B.

Keywords: experimental animal model, diabetes mellitus, neurodegenerative disease, β-amyloid, tau protein, calcium-binding protein S100B.

Актуальность. Болезнь Альцгеймера является наиболее распространенным нейродегенеративным заболеванием, которое встречается у людей, составляя 70% от общего числа случаев деменции [1]. В настоящее время не разработана эффективная терапия деменций. Это связано прежде всего с тем, что до сих пор, несмотря на значительный прогресс в нейробиологии и медицине за последние несколько десятилетий, не изучен патогенез этого заболевания. Остается неясной и его этиология. Удалось выявить лишь важнейшие составляющие патогенеза БА, в том числе на молекулярном уровне. Согласно современным представлениям БА является протеинопатией, развивающейся вследствие нарушения метаболизма белка — предшественника амилоида и тау-белка [2, 3]. Перспектива болезни Альцгеймера в течение более 30 лет определялась образованием амилоидного каскада, который завершился образованием бета-амилоидов. Однако последние исследования склонны определять каскад амилоида как упрощенный взгляд на патофизиологию, вовлеченную в заболевание, подчеркивая глимфатическую систему, а также белок-1, связанный с рецептором липопротеина [4]. При этом постоянно растет интерес к гипотезе таупатии, согласно которой нарушение фосфорилирования тау-белка, вероятно, приводит к образованию нейрофибриллярных клубков и последующей гибели нейронов, а нарушения его функционирования рассматриваются как одна из основных причин когнитивных нарушений при БА [5].

В связи с этим, целью работы было изучение маркеров нейродегенерации на модели животных со спорадическим нейродегенеративным заболеванием (СНДЗ). 

Материалы и методы. Спорадическую модель НДЗ с симптомами Альцгеймера вызывают обычно введением нейротоксина стрептозоцина в дозе от 1 мг до 3 мг на кг веса интрацеребровентрикулярно однократно или в течение трех дней [6-11].

В нашей работе мы модифицировали метод воспроизведения  экспериментальной модели спорадического НДЗ в части подготовки животных и введении нейротоксина.

 В  эксперименте использовались беспородные крысы-самцы весом 250-300 г. Для воспроизведения спорадического НДЗ с симптомами Альцгеймера животных кормили в течение трех месяцев специальной диетой, которая включала вместе со стандартной диетой, дополнительную высококалорийную состоящую из холестерина   0,2% от общего объема питания: 4-6 мг на 1 крысу, маргарина и сала в объеме 2% от общего объема питания. Мерказалол в объеме 0,04-0,06 мг на одну крысу для снижения обмена веществ и 3% подслащенную воду. Мониторинг за воспроизведением модели производили еженедельно, измерением веса животных, поведенческих тестов (открытое поле (ОП), условная реакция пассивного избегания (УРПИ), условная реакция активного избегания (УРАИ)) и определением отдельных биохимических параметров: уровня глюкозы, инсулина, липидов и холестерина. После достижения среднего уровня глюкозы в крови 7-8 мМ экспериментальной группе животных интраназально в липосомах вводили в течение недели стрептозоцин в дозе 3 мг на кг веса.

Эксперименты проводились согласно Положению комитета по биоэтике и гуманному обращению с животными Института биофизики и биохимии (Разрешение № BEC/IBB-NUU/2023/08-1).

Биохимические показатели крови были определены на полуавтоматическом анализаторе Mindray (China).

Концентрация pMAPT/pTAU в сыворотке крови экспериментальных животных определяли с помощью набора Texas (USA) Elabscience® pMART/pTAU ELISA, концентрацию S100B (кальций-связывающий белок S100 B) с помощью набора Texas (USA) Elabscience® S100B ELISA. Концентрацию Aβ1-40 (Amyloid Beta 1-40) с помощью набора Texas (USA) Elabscience® Aβ1-40 ELISA.

Для статистической обработки данных использовалось программное обеспечение Origin 7.5 USA. Достоверность полученных данных рассчитана на основе t-критерия Стьюдента.

Результаты и обсуждение. Результаты исследований показали, что длительная высококалорийная и атерогенная диета, снижение активности обменных процессов за счет подавления активности щитовидной железы с помощью мерказолила и интраназальное введение стрептозоцина вызывает характерные для НДЗ и диабета 2 типа изменения в биохимических показателях. На фоне увеличения веса животных наблюдается повышение уровня глюкозы, инсулина и гликированого гемоглобина, изменяются показатели инсулинорезистентности (HOMA-IR и CARE), а также холестерина, триглицеридов и ЛПНП в крови животных, что является также характерным симптомом для метаболического синдрома. Таким образом, длительная высококалорийная диета вызывает значительные изменения в углеводном и липидном обмене (см. рис.1), на фоне которого введение нейротоксина приводит, очевидно, к значительным изменениям в тканях отделов мозга ЦНС.

Рисунок 1. Биохимические показатели крови животных с моделью СНДЗ ЛПНП - липопротеиды низкой плотности, ЛПВП - липопротеиды высокой плотности, ТГ- триглицериды, ХС- холестерин

Исследование основных показателей НДЗ иммуноферментным методом показало, что содержание β-амилоидного и pMART/pTAU белка в крови животных повышаются (табл.1). Подобные изменения содержания этих белков наблюдаются и при болезни Альцгеймера. Следует отметить, что эти биохимические маркеры НДЗ увеличены относительно не только интактных животных, но и группы животных после длительного кормления высококалорийной диетой до введения стрептозоцина (активный контроль). Повышение содержания белка S100B в крови животных, очевидно, вызвано воспалительными процессами, которые возникают в ЦНС при воспроизведении модели.

Таблица 1.

Основные маркеры НДЗ в крови при воспроизведении экспериментальной модели СНДЗ

*Р≤ 0,05 между интактной и группой животных с моделью СНДЗ

S100B – кальций-связывающий белок S100B, Aβ1-40 – β-амилоид, pMART/pTAU – фосфорилированный TAU белок, NGF – фактор роста нервов.

Результаты  исследования когнитивных параметров животных после длительного кормления животных высококалорийной  и атерогенной диетой (ВКД+АД) и интраназального введения стрептозоцина в липосомальной форме представлены  на рисунке 2.

Рисунок 2. Когнитивные параметры животных с моделью СНДЗ

Из рисунка видно, что основные когнитивные параметры начинают снижаться уже после ВКД+АД. Введение стрептозоцина  вызывает дальнейшее изменение параметров: условных рефлексов пассивного и активного избегания на болевой раздражитель, при этом критерий обученности условному рефлексу (соотношение количества повторов обучения условным рефлексам и длительности пауз между ними), характеризующий длительную память, также снижается.

Таким образом, на фоне длительного кормления животных ВКД+АД, с добавлением мерказолила, интраназальное  введение стрептозоцина в липосомальной форме приводит к существенным изменениям не только биохимических показателей в крови, но и к заметным изменениям  когнитивных параметров животных, которые аналогичны клиническим симптомам болезни Альцгеймера.

Выводы

Воспроизведена модель спорадического НДЗ на животных с симптомами, характерными для болезни Альцгеймера, которая подтверждается когнитивными, поведенческими и биохимическими показателями.

Наблюдаются изменения в поведенческой активности животных: заторможенность реакции, а также снижение коэффициента обучаемости условному рефлексу на болевой раздражитель (долговременная память), которые являются характерными симптомами для болезни Альцгеймера.

В крови животных с моделью СНДЗ обнаружены изменения в углеводном (увеличение содержания глюкозы, гликированого гемоглобина, показателей инсулиннорезистетности HOMA-IR) и в липидном обмене (увеличение триглицеридов, холестерина и ЛПВП).

У животных с моделью СНДЗ наблюдается увеличение содержания кальций-связывающего белка S100B, β-амилоидного и tau белка в крови.

Список литературы:

1. Mukhammadjon M. et al. The effect of ngf on indicators of the antioxidant system in rat brain tissue //Universum: химия и биология. – 2021. – №. 9 (87). – С. 82-86.
2. Мустафакулов М. А. и др. Исследование влияния липосомальной формы кверцетина на отдельные биохимические параметры ткани мозга животных с экспериментальной моделью нейродегенеративного состояния //Universum: химия и биология. – 2023. – №. 1-1 (103). – С. 33-39.
3. Мустафакулoв М. А. и др. Исследoвание пoказателей липиднoгo oбмена в ткани мoзга живoтных с рoтенoнoвoй мoделью Паркинсoна //Universum: химия и биология. – 2024. – Т. 1. – №. 3 (117). – С. 47-52.
4. Mukhаmmаdjоn M. et аl. The effect оf ngf оn indicаtоrs оf the аntiоxidаnt system in rаt brаin tissue // Universum: химия и биология. – 2021. – №. 9 (87). – С. 82–86. 17.
5. Mustаfаkulоv M. et аl. Determinаtiоn оf аntiоxidаnt prоperties оf l-cysteine in the liver оf аllоxаn diаbetes mоdel rаts //Internаtiоnаl Jоurnаl оf Cоntempоrаry Scientific аnd Technicаl Reseаrch. – 2023. – Speciаl Issue. – P. 47–54.
6. Sааtоv T. et аl. Аntiоxidаnt аnd hypоglycemic effects оf gоssitаn // Endоcrine Аbstrаcts. – Biоscientificа, 2019. – Т. 63.
7. Sааtоv T. et аl. Cоrrectiоn оf оxidаtive stress in experimentаl diаbetes mellitus by meаns оf nаturаl аntiоxidаnts // Endоcrine Аbstrаcts. – Biоscientificа, 2021. – Т. 73.
8. Sааtоv T. et аl. Study оn аntiоxidаnt аnd hypоglycemic effects оf nаturаl pоlyphenоls in the experimentаl diаbetes mоdel //Endоcrine Аbstrаcts. – Biоscientificа, 2018. – Т. 56.
9. Sааtоv T. et аl. Study оn hypоglycemic effect оf pоlyphenоlic cоmpоunds isоlаted frоm the Euphоrbiа L. plаnts grоwing in uzbekistаn // Endоcrine Аbstrаcts. – Biоscientificа, 2020. – Т. 70.
10. Irgаshevа S. et аl. Study оn cоmpоsitiоns оf lipids in tissues оf rаts with аlimentаry оbesity // Endоcrine Аbstrаcts. – Biоscientificа, 2019. – Т. 63.
11. Ishаnkhоdjаev T. et аl. Study оn Effects оf Lipоsоmаl Quercetin оn Biоchemicаl Pаrаmeters оf the Nigrоstriаtаl System оf Rаts with Experimentаlly Induced Neurоdegenerаtive Diseаse // Аnnаls оf the Rоmаniаn Sоciety fоr Cell Biоlоgy. – 2021. – P. 6128-6143.