Диссертация (Роль HIF1-зависимой регуляции пентозофосфатного пути в обеспечении реакций мозга на гипоксию), страница 6

Гипоксическое/ишемическое посткондиционированиеПерспективным способом структурно-функциональной реабилитации мозга послеповреждающеговоздействияфакторовгипоксическойприродыявляетсягипоксическое/ишемическое посткондиционирование (ПостК). Посткондиционирование вшироком смысле - это экспозиция повреждающим факторам умеренной интенсивностипосле тяжелого повреждающего воздействия, с целью индукции эндогенных механизмов,способствующей коррекции нарушений.Протективный эффект ишемического ПостК был впервые описан в 2003 году насердце. В исследовании группы американских ученых было показано, что осуществлениетрехсеансов30-секунднойкоронароокклюзии,чередующихсяс30-секунднымиинтервалами возобновления коронарного кровотока в реперфузионном периоде после 60минутной коронароокклюзии у собак способствует уменьшению степени повреждениямиокарда.

Феномен был назван ишемическим ПостК (Zhao et al., 2003).В своемпионерском исследовании Zhi-Qing Zhao и соавторы сравнивали протективный эффект27пост- и прекондиционирования. Размер зоны инфаркта анализировали через 3 часа послереперфузии. Площадь повреждения при использовании ишемического ПостК уменьшаласьна 44 % по сравнению с 60-минутной контрольной ишемией, что было сопоставимо спротективым эффектом прекондиционирования.Корректирующий негативные последствия ишемии миокарда эффект ишемическогоПостК в дальнейшем был подтвержден многими исследовательскими группами вэкспериментах на различных видах животных in vivo (Iliodromitis et al., 2006, Kin et al., 2005,Krolikowski et al., 2006), а также in vitro на культурах клеток (Dosenko et al., 2006).Клинические испытания ишемического ПостК пациентов после инфаркта миокарда такжедали положительные результаты (Staat et al., 2005).

В настоящее время кардиопротективныйэффект ишемического ПостК активно исследуется, продолжается накопление данных обэффективности метода на разных органах, а также ведутся интенсивные работы порасшифровке молекулярно-клеточных механизмов реализации протективного действияданного метода (Zhao et al., 2003, 2006, Maslov et al., 2009, Skyschally et al., 2009, Zhao et al.,2010).Спустя несколько лет после открытия протективного эффекта ишемического ПостКсердца этот феномен был также продемонстрирован на мозге. Первая работа по ПостКголовного мозга была опубликована Калифорнийской группой нейрохирургов подруководством Heng Zhao в 2006 году.

Инсульт моделировали на крысах с помощьюперманентной окклюзии средней мозговой артерии (СМА) и транзиторной перевязки обеихсонных артерий, а ишемическое ПостК воспроизводили спустя 2 минуты после реперфузиис помощью трех циклов окклюзии по 10 секунд и реперфузии по 30 секунд сонных артерий.Через 2 дня после лигирования СМА оценивали размер зоны инфаркта.

ИшемическоеПостК обеспечивало уменьшение очага некроза на 80% по сравнению с контрольнойповреждающей ишемией и способствовало снижению интенсивности апоптоза (Zhao et al.,2006). Данные этой работы были с успехом воспроизведены множеством научныхколлективов по всему миру, использовавших разные режимы повреждающей ишемии иишемического ПостК (Danielisova et al., 2006, Gao et al., 2008, Ren et al., 2008, Song et al.,2008).

Феномен ПостК также продемонстрирован in vitro в экспериментах напереживающих срезах гиппокампа (Scartabelli et al., 2008) и на первичных нейрональныхкультурах (Leconte et al., 2009).282.04.01. Нейропротективные механизмы, активируемые ишемическимпосткондиционированиемВ настоящее время ведется активное изучение механизмов нейропротективногодействия ишемического ПостК. Показано, что ишемическое ПостК подавляет генерациюсвободных радикалов и инициацию апоптоза в период реперфузии, вызывает снижениеуровня малонового диальдегида (МДА) и окислительных модификаций белков на фонеувеличения активности супероксиддисмутазы и каталазы в тканях головного мозга (Zhao etal., 2006, Danielisova et al., 2006, Song et al., 2008, Li et al., 2012, Xing et al., 2008).

Этосвидетельствует о ярко выраженном антиоксидантном эффекте ишемического ПостК.По аналогии с сердцем было показано, что ишемическое ПостК мозга способствуетувеличению количества фосфорилированной протеинкиназы Сε на фоне сниженияколичествафосфорилированнойпротеинкиназыСδ,согласносовременнымпредставлениям способствующей клеточной гибели (Gao et al., 2008). В гибели нейронов ипри патогенезе нейродегенеративных заболеваний важную роль играет киназа JNK, котораяактивирует транскрипционные факторы c-jun и p53 (Wang et al., 2004). Исследователи изКалифорнии установили, что ишемическое ПостК приводит к снижению количествафосфорилированной JNK в головном мозге и предотвращению клеточной гибели (Gao etal., 2008).Особаярольвсупрессииапоптоз-индуцирующихсигналов,обеспечениинормального функционирования клеток и межклеточных взаимодействий принадлежитпротеинкиназе Akt (Alessi et al., 1997, Jonassen et al., 2001). В экспериментах на срезахгиппокампа обнаружено, что селективное ингибирование активатора Akt нивелируетнейропротективный эффект ишемического ПостК (Scartabelli et al., 2008).

Американскиефизиологи в экспериментах in vivo также показали, что ишемическое ПостК мозга ведет кфосфорилированию Akt и, как следствие, повышению активности этого фермента (Gao etal., 2008).Причем, в условиях блокады PI3 киназы уменьшение зоны инфаркта нефиксировалось, но происходило снижение экспрессии шаперонов эндоплазматическогоретикулума и наблюдался запуск ЭПР-зависимого апоптоза, вовлекающего каспазу 12(Yuan et al., 2011).

Кроме того, показана роль Akt в реализации эффекта ишемическогоПостК через активацию киназы mTOR. Интересно, что анестетики, имитирующие феноменПостК (пропофол и изофлуран), также активируют Akt и PI3 киназу (Aronowski et al., 1997,Wang et al., 2009).29Еще одной киназой, обеспечивающей выживаемость клеткок в неблагоприятныхусловиях, является ERK, фосфорилируемая киназой MEK (Grewal et al., 1999, McCubrey etal., 2008). В 2009 году Jiang и соавторы (Jiang et al., 2009) установили, что ишемическоеПостК спинного мозга кролика (модель in vivo) ведет к фосфорилированию ERK, анейропротективный эффект не проявляется в условиях блокады МЕК.

Вовлечение ERK вмеханизмы толерантности мозга к гипоксическим воздействиям было выявлено и приизучении более старого феномена гипоксического прекондиционирования (Самойлов и др.,2007) на головном мозге крыс в модели гипобарической гипоксии. Однако данные Jiang исоавторовпротиворечатрезультатамисследованийамериканскихикитайскихспециалистов (Gao et al., 2008, Zhan et al., 2012), обнаруживших снижение количествафосфорилированной ERK после ишемического и нормобарического гипоксическогоПостК, причем последними показана роль ингибирования MEK/ERK сигнального пути вкомпенсации последствий транзиторной глобальной церебральной ишемии (Zhan et al.,2012).

Причина данного противоречия остается неясной.Малоизученным в настоящее время остается вопрос о роли каждой киназы вотдельности, особенностях их взаимодействия при реализации эффекта ПостК, а такжеидентификация конечных эффекторов ишемического ПостК. На роль ключевыхэффекторов ишемического ПостК претендуют ферменты антиоксидантной защиты клетки(Zhao et al., 2006, Danielisova et al., 2006, Song et al., 2008), шапероны (Xing et al., 2008a,Yuan et al., 20011), а также факторы, регулирующие опосредованный митохондриями путьзапуска апоптоза (Xing et al., 2008a, Halestrap et al., 2010).

Одним из наиболее изученныхбелков, супрессирующих реализацию данного пути апоптоза, считается Bcl-2. В мозгеэкспрессия Bcl-2 определяется активностью передачи сигнала между нейронами, иотражает сбалансированную работу сигнальных путей, вовлекающихся в обеспечениенейропластичности (Xing et al., 2008b). Xing и соавторы обнаружили, что ишемическоеПостК способствует повышению уровня Bcl-2, снижению проапоптотического белка Bax ипрепятствует реперфузионному повышению уровня цитохрома с в цитоплазме нейронов(Xing et al., 2008a). Эта же группа авторов сообщила о противовоспалительном эффектеишемического ПостК, выражающемся в снижении активности миелопероксидазы,уменьшении количества маркера перекисного окисления липидов (ПОЛ) малоновогодиальдегида, а также подавлении синтеза провоспалительных цитокинов TNFa, IL1b имаркерных для воспаления молекул клеточной адгезии ICAM (Xing et al., 2008b).

Не менееинтересным путем стимуляции нейропротекции, опосредованной ишемическим ПостК,представляется ослабление аутофагии, однако в настоящее время недостаточно данных для30однозначнойоценкидолгосрочныхпоследствийподобныхперестроекработывнутриклеточной молекулярной машинерии для дальнейшего функционирования нейронов(Gao et al., 2012).Заслуживают отдельного упоминания работы Zhang и соавторов, демонстрирующиевклад ишемического ПостК в реализацию изменения локализации глутамата в мозге крыспосредством усиления работы глутамин синтетазы в астроцитах и увеличения экспрессиинейрональныхтранспортеровглутамата(GLT1),чтоприводиткснижениюэксайтотоксичности и, соответственно, к ослаблению постишемических повреждений(Zhang et al., 2010, 2011).В последнее время особое внимание исследователей ишемического ПостКпривлекает возможность включения процессов пролиферации нейрональных клеток какпути компенсации постинсультной гибели нейронов.