Диссертация (Роль HIF1-зависимой регуляции пентозофосфатного пути в обеспечении реакций мозга на гипоксию), страница 7

В 2015 году Esposito и соавторыпродемонстрировали экспериментальные подтверждения этой гипотезы (Esposito et al.,2015).В основном накопленные к настоящему времени данные литературы касаютсямоделей так называемого быстрого ишемического ПостК, когда прерывание реперфузиипроизводится в ранний период (секунды и минуты) после ишемии, однако помимо раннеговыделяют также отсроченное (Danielisova et al., 2006, Ren et al., 2008, 2009, Leconte et al.,2009, Nemethova et al., 2010) и дистантное (Peng et al., 2012, Zhou et al., 2011) ишемическоеПостК головного мозга, а также используют сочетание различных вариантов ишемическогоПостК как между собой, так и с описанным ранее феноменом ишемическогопрекондиционирования, что подробно изложено в обзорах (Zhao, 2009, 2012, Zhou et al.,2011, Маслов и др., 2012, Ma et al., 2015).

Сообщается также об успешных попыткахмоделирования эффекта ишемического ПостК так называемым фармакологическим ПостКпри помощи ингаляционного наркоза (Wang et al., 2009, Adamczyk et al., 2010, McMurtrey etal., 2010).312.04.02. Неинвазивные способы посткондиционированияНесмотря на хорошо документированную нейропротективную эффективностьишемического ПостК, трансляционный потенциал данного способа реабилитации мозгаостается под вопросом в связи с рядом серьезных недостатков. В частности, способпроведенияишемическогоцеребральныхартерий–ПостКэтопутемпрерывистойинвазивныйметод,окклюзиитребующийкаротидныхихирургическоговмешательства, что связано со значительными рисками и ограничениями, в особенности упациентов, переживших тяжелые повреждающие воздействия – то есть именно там, гденеобходимо применение ПостК.

Кроме того, согласно приведенным выше литературнымданным, ишемическое ПостК обладает узкими терапевтическими окнами - от несколькихминут до 1-2 часов после ишемического инсульта, что также затрудняет его использованиев медицинской практике. Поэтому поиск неинвазивных подходов для ПостК, ирасшифровка механизмов их действия представляется перспективным направлением работ.В недавно выполненных исследованиях лаборатории регуляции функций нейроновмозга Института физиологии имени И.П.Павлова РАН был разработан новый,неинвазивный способ ПостК с использованием умеренной гипобарической гипоксии воздействия на организм пониженным атмосферным давлением, приводящим кослаблению кислородного снабжения (способ гипоксического посткондиционирования,патент на изобретение № 2437164, 20.12.2011).

(Rybnikova et al., 2012, 2015, Зенько и др.,2014, Gamdzyk et al., 2014, Vetrovoy et al., 2014, 2015, 2016, 2017). Параллельно китайскимиколлегами опубликован цикл работ, подтверждающих эффективность нормобарическогогипоксического ПостК при коррекции последствий транзиторной глобальной церебральнойишемии (Zhan et al., 2012, Zhu et al., 2013, 2014). Показана эффективность НБГПостК прикомпенсации последствий 10 минутной транзиторной глобальной ишемии головного мозга.322.04.02.01. Гипобарическое гипоксическое посткондиционированиеЭффективность метода гипобарического гипоксического ПостК при коррекциипоследствийтяжелогогипоксическоговоздействиябылапродемонстрированавэкспериментах на крысах. В качестве повреждающего гипоксического воздействияиспользовали тяжелую гипобарическую гипоксию (ТГ), создаваемую в барокамерепроточного типа путем трехчасовой экспозиции при давлении 180 мм рт ст (чтоэквивалентно 5% нормобарического кислорода и подъему в горы на высоту 11 км).

Даннаямодель хорошо изучена. Известно, что примерно 50% крыс не выживают в условиях ТГ, ау остальных наблюдаются отек мозга, повреждение ГЭБ, массированная клеточная гибельв гиппокампе и неокортексе, поведенческий дефицит, нарушения обучения и памяти.Посткондиционирующее воздействие в этой модели состояло в предъявлении трех сеансовумереннойгипобарическойгипоксии(360ммртст,чтосоответствует10%нормобарического кислорода и подъему на высоту 5 км) по 2 часа, начиная с 24 ч после ТГи далее – с суточным интервалом.Как уже упоминалось, животные, пережившие ТГ, демонстрировали выраженныенарушения поведения, включая двигательную ретардацию, повышение тревожности,нарушения стереотипной активности и другие признаки депрессивноподобных состояний.Базальный уровень кортикостерона в плазме крови этих животных был снижен в 6 разотносительно контроля, однако при этом 5-кратно возрастала стрессореактивностьгипофизарно-адренокортикальнойсистемынаслабый(непатогенный)стресс.Предъявление гипобарического ПостК по вышеописанной схеме нивелировало этинарушения (Rybnikova et al., 2012).Гистологический анализ срезов мозга при окраске по Нисслю показал, что внаиболее уязвимых к гипоксии образованиях мозга (Kodama et al., 2003), в частности СА1поле гиппокампа, к седьмому дню после ТГ происходит потеря около 30% пирамидныхнейронов, при этом ПостК УГГ практически полностью предотвращало нейрональнуюгибель (Rybnikova et al., 2012).

Как было показано раньше, на начальных срокахреоксигенации после ТГ в мозге крыс наблюдается массированная индукция АФК иинтенсификация процессов ПОЛ (Kislin et al., 2009, 2011), что может быть причинойописанной нами нейрональной гибели. Опираясь на данные об антиоксидантном действииишемического ПостК (Danielisova et al., 2006, Song et al., 2008, Li et al., 2012, Xing et al.,2008) можно предположить, что опосредованное гипобарическим ПостК предотвращениеклеточной гибели связано с нормализацией работы внутриклеточных сигнальных путейподдержания антиоксидантной защиты. Совокупность этих и других фактов позволила33сделать заключение о высокой нейропротективной эффективности гипобарического ПостК.Настоящая работа посвящена в том числе расширению и детализации представлений оконкретных молекулярных механизмах этого метода.2.04.02.02. Механизмы нейропротективных эффектов гипоксическогопосткондиционированияМеханизмы нейропротективного действия гипоксического посткондиционирования,в отличие от ишемического, до настоящего времени изучены слабо.

Следует отметить двапараллельных направления исследований, основанных на применении разных моделей –нормобарического и гипобарического Постк. Показано, что гипобарическое ПостК upрегулирует экспрессию противоапоптотического белка Bcl-2 и нейротрофина BDNF вгиппокампе крыс (Vetrovoy et al., 2015). Сходные данные были получены и в моделираннего ишемического ПостК (Xing et al., 2008). Стимуляция сигнальных путей регуляцииэкспрессии нейротрофинов и антиапоптотических белков характерна для многих формнейропластичности и вероятно также играет ключевую роль в реализации протективногодействия ПостК, обеспечивая предотвращение клеточной гибели, нормализацию ПОЛ, атакже поведенческих характеристик у крыс (Vetrovoy et al., 2015).

Кроме того, очевидно,важный вклад в эти процессы вносит ключевой транскрипционный регулятор индукцииадаптации к условиям кислородного голодания гипоксия-индуцируемый фактор1 (HIF1) имишени его транскрипционной активности, в частности, протективный цитокинэритропоэтин, показавший себя как важный регулятор процессов синапто- и нейрогенеза.Было обнаружено, что ТГ отсроченно подавляет экспрессию регуляторной альфасубъединицы HIF1 (HIF1a) и, как результат, ведет к снижению уровня эритропоэтина, чтосогласуется с данными литературы о путях регуляции HIF1 (Dengler et al., 2014) и обособенностяхактивностипротеинкиназв периодреоксигенациинаразличныхишемических моделях (Scartabelli, et al., 2008, Gao et al., 2008, Yuan et al., 2011, Grewal etal., 1999, McCubrey et al., 2008). В то же время гипобарическое ПостК up-регулируетуровень HIF1a и эритропоэтина, что предположительно также вносит вклад внейропротективный эффект ПостК (Vetrovoy et al., 2014), однако для полного пониманияроли HIF1 в реализации адаптивных/патологических реакций мозга на гипоксию требуетсяпроведение дополнительных исследований его динамики, особенностей его посттрансляционныхмодификацийпостгипоксический период.итранскрипционнойактивностивранний34Особых успехов в изучении модификации активности протеинкиназ, регулирующихфункционирование HIF1 в условиях патологической и адаптивной гипоксии, добилиськитайские исследователи под руководством En Xu, используя НБГПостК для компенсациипоследствий10минутнойтранзиторнойглобальнойишемииголовногомозга.Нормобарическое гипоксическое ПостК представляет собой двухчасовое пребывание вкамере, заполненной смесью 8% кислорода и 92% азота, через 1 день после пережитойишемии: окклюзии двух позвоночных и двух сонных артерий.

В своих первыхэкспериментах авторы показали, что нормобарическое гипоксическое ПостК приводит кувеличению фосфорилирования киназы Akt и нейропротективного транскрипционногофактора FoxO, что коррелирует с уменьшением очага инфаркта и предотвращениемклеточной гибели. При этом использование ингибитора PI3K, как и в случае ишемическогоПостК (Gao, et al., 2008), нивелирует нейропротективный эффект и сопровождаетсяснижением фосфорилирования Akt, FoxO, а также интенсификацией клеточной гибели.

Вто же время такой метод ПостК способствует уменьшению фосфорилирования киназ MEKи ERK, активированных в модели транзиторной глобальной церебральной ишемии, априменение ингибитора МЕК приводило к снижению нейрональных потерь послеповреждающей ишемии (Zhan et al., 2012).На следующем этапе этой же группой авторов продемонстрирована рольнейрональной (но не глиальной) киназы р38 в осуществлении нейропротективногодействия нормобарического гипоксического ПостК через фосфорилирование киназы MSK,активирующей c-Rel субъединицу транскрипционного фактора семейства NF-kB (Zhu et al.,2013). Помимо известного для ЦНС прямого нейропротективного действия NF-kBвыступает в качестве коактиватора альфа субъединицы гипоксия-индуцируемого фактора(HIF1a), в связи с чем крайне интересны данные о вовлечении этого фактора адаптации кгипоксии в обеспечение нейропротекции нормобарического гипоксического ПостК.Действительно, нормобарическое гипоксическое ПостК up-регулирует экспрессию HIF1a,а также экспрессию продуктов его генов-мишеней, в частности VEGF, способствуяпредотвращению клеточной гибели и уменьшению содержания активной каспазы-3 вгиппокампе.