полный текст презентации

Повышение уровня
провоспалительных цитокинов
в раннем возрасте как фактор
формирования когнитивных
дисфункций
Физиологические эффекты провоспалительных
цитокинов (ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО) у взрослых
Гомеостатические реакции
•Активация ГГНС
•Пирогенез
•Медленноволновой сон
Sickness behavior
•Подавление пищевой и
половой мотивации
•Снижение социальной
активности
•Уменьшение двигательной и
исследовательской активности
Влияние провоспалительных цитокинов на
когнитивные функции мозга у взрослых
1.
Высокая плотность рецепторов ИЛ-1 выявлена в гиппокампе.
2.
Влияние на обучение в различных тестах.
3.
Действие на долговременную потенциацию (LTP).
4.
Влияние на активность нейромедиаторных систем, связанных с
5.
Действие на продукцию белков, вовлеченных в регуляцию
•Подавление LTP
процессами•Нарушение
памяти. обучения
процессов нейропластичности.
Bellinger et al., Brain Res. 1993 Nov 19;628(1-2):227-34
Katsuki et al., 1: Eur J Pharmacol. 1990 Jun 8;181(3):323-6
Murray et al., Neurobiol Aging. 1997 May-Jun;18(3):343-8.
Griffin et al., J Neurochem. 2006 Nov;99(4):1263-72.
Lai et al., Neuroimmunol. 2006 Jun;175(1-2):97-106
Matsumoto et al., Eur J Pharmacol. 2001 Nov 2;430(2-3):283-8.
Zafra et al., Journal of Neuroscience, 1992, Vol 12, 4793-4799
Taishi et al., Brain Res. 2008;1226:89-98.
Rage et al., Neurochem Int. 2006 ;49(5):433-41.
Wilczynska et al., J Biol Chem. 2006;281(46):34955-64.
Spulber et al., J Neuroimmunol. 2009 208(1-2):46-53.
Вовлеченность провоспалительных цитокинов в патогенез
нервных и психических нарушений у взрослых
•Депрессия
•Изменения поведения при стрессе
•Болезнь Альцгеймера и др.
нейродегенеративные заболевания
(Swardfager, 2010; Martina, 2003; Daniele, 2005; Di Bona,
2008; Di Bona, 2009; Griffin, 1995 и мн. др)
Предпосылки работы
• 1. Когнитивные дисфункции у детей и подростков
часто являются следствием родовых травм,
перинатальных гипоксий, инфекционных
заболеваний, перенесенных в раннем возрасте.
Общим звеном этих патологических состояний
является повышение уровня провоспалительных
цитокинов в крови и мозге.
Kuster, 1996; Saliba, 2001; MARTINANCEL A, 1997; Chiesa, 2003; Bartha,
2004; Aly с соавторами, 2006
Развитие нервной системы крыс (по Rice, Barone, 2000)
рождение
Дни эмбрионального развития
5-6
8-9 11
нейруляция 15
Дни после родов
35-45
20-21
15
пролиферация и миграция
дифференцировка и синаптогенез
апоптоз
глиогенез
миелинизация
подростки
Предпосылки работы
• 2. Провоспалительные цитокины
влияют на развитие и созревание в
раннем онтогенезе клеток глии и
нейронов
Bilbo et al., 2009
Нормальные
нейроны
ИЛ-1β+ФНОα
Предпосылки работы
• 2. Провоспалительные цитокины
влияют на развитие и созревание в
раннем онтогенезе клеток глии и
нейронов
Gilmore et al. (2004)
Предпосылки работы
• 3. Введение в раннем
постнатальном онтогенезе крысам
бактериального ЛПС приводит к
отдаленным нарушениям
исследовательского поведения и
памяти
Rico J.L., 2010; Bilbo, 2005, 2011;
Boisse, 2005; Kohman, 2008
Нерешенные вопросы
?
?
?
?
?
1.
Дифференциальная роль отдельных
провоспалительных цитокинов в
индукции когнитивных дисфункций.
2. Критические периоды их действия.
3. Механизмы когнитивных
нарушений, вызванных повышением
уровня провоспалительных
цитокинов в раннем возрасте.
ИЛ-1β чел. рек., 1 мкг/кг, 100 нг/кг
1 раз в день
в течение 7 дней
1-7 или 8-14 или
Тесты на двигательную
активность и исследовательское поведение
15-21
Дни жизни
45-60
тестирование
введения
Экспериментальная процедура
Тесты на
память
75-90
Введение ИЛ-1 в раннем возрасте приводит к
увеличению активности в тесте «открытое поле»
Достоверные отличия от
контрольной и интактной
групп, p<0.001
Достоверные отличия от
интактной группы, p<0.05
Введение ИЛ-1 в раннем возрасте приводит к
увеличению активности в тесте «открытое поле»
с
Достоверные отличия от
контрольной и интактной
групп, p<0.001
Достоверные отличия от
интактной группы, p<0.05
При контакте с новыми объектами крысы, которым
вводили ИЛ-1 в течение 3-ей, но не1-ой недель жизни
совершают больше подходов к новым предметам
Введение ИЛ-1 в течение 1 недели
жизни, тест в возрасте 2-х месяцев
F=8,2; p=0,0007
**
** - достоверные отличия от контрольных
групп по t- критерию Стьюдента
Число подходов к новым предметам
Число подходов к новым предметам
Введение ИЛ-1 в течение 3 недели
жизни, тест в возрасте 2-х месяцев
Введение ИЛ-1 в течение 3-ей, но не 1-ой недели жизни нарушает
выработку условного рефлекса активного избегания
10
8
6
попытки
11 - 20
4
1 - 10
2
0
Дни обучения
Введение ИЛ-1 в течение 3-ей недели
Количество правильных попыток
Количество правильных попыток
Введение ИЛ-1 в течение 1-ой недели
10
8
попытки
6
11 - 20
1 - 10
4
2
0
Дни обучения
Достоверные отличия от контрольных групп по U- критерию Манна- Уитни
У взрослых крыс, которым вводили ИЛ-1 в течение 3-ей
недели жизни нарушается долговременная, но не
краткосрочная память (при выработке условного
рефлекса пассивного избегания)
Суммарное время в темном отсеке
с
* - достоверные отличия от теста до обучения по Т- критерию Вилкоксона
При помещении в «Открытое поле» в течение 3-х дней подряд, реакция угашения
ориентировочного поведения слабее выражена у крыс, которым вводили ИЛ-1β в
течение 3 недели жизни (тест в возрасте 45-50 дней)
*#
*- достоверные отличия от контроля
#-достоверные отличия от интактных
по t-критерию Стьюдента
У взрослых крыс, которым вводили ИЛ-1
в течение 3 недели жизни, нарушена пространственная память
(обучение в водном лабиринте Морриса)
*
*- достоверные отличия от интактных по U-критерию Манна – Уинтни, р<0.05
Введение в течение 3 недели ИЛ-1 не повышает тревожность взрослых крыс в
приподнятом крестообразном лабиринте (время в закрытых рукавах
лабиринта), тест в возрасте 2-х месяцев
**
Достоверные отличия от
контрольных групп по t- критерию
Стьюдента, **- p<0.01
МЕХАНИЗМЫ КОГНИТИВНЫХ
НАРУШЕНИЙ, НАБЛЮДАЕМЫХ У
ВЗРОСЛЫХ ЖИВОТНЫХ,
КОТОРЫМ ВВОДИЛИ ИЛ-1 В
ТЕЧЕНИЕ 3 НЕДЕЛИ ЖИЗНИ
Гипотезы
Причинами долговременных нарушений когнитивных функций,
вызванных повышением уровня ИЛ-1 в течение 3 недели жизни могут
быть изменения:
1. активности фронтальной и гиппокампальной
областей мезокортиколимбической
дофаминергической системы мозга;
2. продукции белков, вовлеченных в регуляцию
мозговых процессов нейропластичности, в
гиппокампе и фронтальной коре;
3. субъединичного состава NMDA- глутаматных
рецепторов гиппокампа.
Предпосылки работы:
Задача:
Исследование
влияния повышения
уровня ИЛ-1
течение 3 недели
жизни на
активность
дофаминергической
системы взрослых
крыс в условиях
когнитивной
нагрузки
Внутримозговое введение
крысятам ЛПС на 5 день после
рождения приводит к
уменьшению числа
дофаминергических нейронов
в SN и NA (Fan et al., 2011)
Введение ИЛ-1 в течение
первых дней жизни приводит
к уменьшению содержания
дофамина в гипоталамусе
взрослых животных (Kabiersch
et al., 1998)
Изменение содержания дофамина, DOPAC (нг/мг ткани) и активности
метаболизма дофамина во фронтальной коре у взрослых животных, которым
вводили ИЛ-1β в течение 3 недели жизни
Без обучения
0.01
физ. р-р 0.016
ИЛ-1β
0.012
интактн.
2
0.008
УРАИ
физ р-р
0.008
ИЛ-1β
0.006
интактн.
0.004
0.004
0.002
0
0
DA
DOPAC
DA
DOPAC
1.5
1.5
1
1
0.5
0.5
0
DOPAC/DA
Достоверные отличия по U –критерию Манна- Уитни
0
DOPAC/DA
Cодержание норадреналина (пг/мг ткани) в гиппокампе
взрослых животных, которым вводили ИЛ-1β в течение 3
недели жизни (без когнитивной нагрузки)
*
*- достоверные отличия от интактных по U- критерию
Манна- Уитни
Уровень активности метаболизма серотонина и содержание серотонина (пг/мг ткани) в
гиппокампе у взрослых животных, которым вводили ИЛ-1β в течение 3 недели жизни
Без обучения
УРАИ
5-HT
Достоверные отличия по U –критерию Манна- Уитни
5-HT
Введение ИЛ-1β в течение 3-й недели жизни приводит к увеличению
экспрессии генов (уровня мРНК) D2S, D3 и D1 рецепторов дофамина
в гиппокампе взрослых крыс в условиях когнитивной нагрузки
(метод – real time PCR)
Стрелками указаны
достоверные различия
по U- критерию МаннаУитни
Введение ИЛ-1β в течение 3-й недели жизни приводит к увеличению
уровня мРНК D4 рецепторов дофамина во фронтальной коре
взрослых крыс в условиях когнитивной нагрузки
(метод – real time PCR)
Стрелками указаны
достоверные различия по
U- критерию МаннаУитни
Задача
Изучение
особенностей
экспрессии мРНК
генов белков,
вовлеченных в
регуляцию
мозговых
процессов
нейропластичности у взрослых
животных,
которым в
раннем возрасте
вводили ИЛ-1
Предпосылки работы:
TIMP1 и FGF2 вовлечены в регуляцию
процессов нейропластичности,
обучения и памяти (Jourquin et al.,
2005; Zechel et al, 2010)
ИЛ-1 влияет на продукцию TIMP1
(Surydavara et al., 2003), FGF2
подавляет стимулированную
продукцию ИЛ-1 (Bovolenta et al.,
2010) в глиальных клетках
20.0
18.0
фронтальная кора
Fgf2
16.0
14.0
12.0
Интактная группа
10.0
Контрольная группа
8.0
6.0
*
Опытная группа
4.0
2.0
Относительный уровень мРНК )
Относительный уровень мРНК
гиппокамп
гиппокамп
0.5
0.2
0.1
0.0
Интактная группа
*
Контрольная группа
Опытная группа
Относиельный уровень мРНК
Относительный уровень мРНК)
0.6
0.3
Fgf2
3
2.5
Интактная группа
2
Контрольная группа
Опытная группа
1.5
1
0.5
1.8
Timp1
0.7
0.4
3.5
0
0.0
0.8
4
1.6
Timp1
1.4
1.2
1
Интактная группа
Контрольная группа
0.8
Опытная группа
0.6
0.4
0.2
0
В условиях когнитивной нагрузки (при выработке УРАИ) пониженная продукция мРНК
Fgf2 и Timp1 обнаружена в гиппокампе, но не фронтальной коре опытных крыс.
Задача
Исследование
влияния
введения ИЛ1 в течение 3
недели жизни
на экспрессию
генов
отдельных
субъединиц
NМDAглутаматных
рецепторов
Предпосылки работы:
Первые недели жизни крыс – критический
период созревания NMDA рецепторов
гиппокампа (Wenzel el al, 1997).
Введение ЛПС в раннем постнатальном
периоде приводит к долговременным
изменениям продукции отдельных
субъединиц NMDA рецепторов гиппокампа и
фронтальной коры (Harre, 2008).
Введение ИЛ-1 в течение 3 недели изменяет экспрессию в клетках
гиппокампа мРНК генов отдельных субъединиц глутаматных рецепторов
(забор материала через 2 часа после последнего введения ИЛ-1,
определение методом real-time PCR)
Относительный уровень мРНК
**
*
Введение ИЛ-1 в течение 3 недели усиливает экспрессию в клетках гиппокампа
мРНК генов отдельных субъединиц глутаматных рецепторов (забор материала через
2 часа после последнего введения ИЛ-1, определение методом real-time PCR)
Достоверные различия по U- критерию Манна- Уитни, * - р<0.05, **- p<0.01
СВЯЗЬ ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ
ПРОВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ
ЦИТОКИНОВ В РАННЕМ
ПОСТНАТАЛЬНОМ ОНТОГЕНЕЗЕ С
РАЗВИТИЕМ ПСИХИЧЕСКОЙ
ПАТОЛОГИИ
СДВГ
Причинами возникновения СДВГ часто
являются различные виды перинатальной
патологии, сопровождающиеся высокой
продукцией провоспалительных цитокинов
(Millichap, 2008 и др.).
Нарушения поведения, возникающие после
неонатальных введений крысам ИЛ-1β
выявляет их большую схожесть с
проявлениями СДВГ (Зубарева и др., 2008).
 Обнаружена связь риска развития СДВГ с
генетическим полиморфизмом гена
рецепторного антагониста ИЛ-1 – ИЛ-1 р.а.
(Segman с соавторами (2002), ИЛ-6 и ФНОα
(Drtilkova, 2008) .
Шизофрения
Есть клинические
наблюдения о связи
пренатальных инфекционных
заболеваний с риском
развития шизофрении (Brown,
2000, и др.)
Нарушение реакции
преимпульсного
ингибирования (Tohmi, 2007 и
др.)
Neurodevelopmental
Hypothesis of Schizophrenia)
(Miyamoto, 2003, Fatemi, 2009,
и мн. другие) и гипотеза
«двойного удара» («Тwo-hit»
Hypothesis) (Bayer, 1999 и др.)
Гипотетическая модель участия провоспалительных цитокинов в
патогенезе шизофрении
(по U. Meyer, 2011)
Процессы воспаления в
ЦНС в эмбриональный
и перинатальный
период
+
ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО
Нарушения
функций глии
Вутриутробные
инфекции
Гипоксия,
ишемия
Нарушение
развития ЦНС
стрессы
ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО
Процессы воспаления
в ЦНС в постнатальном периоде
Психопатология
Долговременные изменения в
ЦНС – основа предрасположенности к психопатологии
Инфекционные заболевания в
постнатальном периоде
Пренатальный период
Постнатальный период
Е. Вениаминова
А.Н. Трофимов
А.П. Шварц
БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ