Диссертация (Эффекты и механизмы ишемического прекондиционирования и посткондиционирования головного мозга), страница 7

Длянекоторых генов изменения экспрессии носят временный характер, в то время какдля других эти изменения сохраняются в течение длительного времени (DhoddaV.K. et al., 2004; Tang Y. et al., 2006; Stenzel-Poore M.P. et al., 2007).Реализацию нейропротективного эффекта при ишемической толерантностибыло предложено рассматривать в трех различных интервалах времени: доповреждающей ишемии, во время нее и в период реперфузии (Gidday J.M., 2006).Первый этап следует за прекондиционирующим стимулирующим воздействием ипредшествует продолжительной ишемии.

В этом периоде в клетках нервнойткани происходит увеличение концентрации транскрипционных факторов,гликолитических ферментов, структурных и транспортных белков, трофических иантиапоптотических факторов, а также белков-регуляторов клеточного цикла.32Появление этих цитопротективных белков свидетельствует о том, что тканьготова противостоять надвигающейся повреждающей ишемии (Gidday J.M.,2006).Второйпериодреализациизащитногомеханизмаотноситсянепосредственно к самой ишемии. Ишемическое повреждение нейронов вусловияхпрекондиционированияприводиткгораздоменеесерьезнымпоследствиям.

Потенциальным механизмом защиты нейронов в этом периодеявляется повышение уровня тормозных нейротрансмиттеров с одновременнымпонижением уровня внеклеточного глутамата. Сведения об уровнях запасоввысокоэнергетическихфосфатов, промежуточныхпродуктовгликолизаиактивности окислительных реакций в период ишемии противоречивы и вомногом зависят от используемой экспериментальной модели, от общегосостояния и возраста организма (Paschen W., Mies G., 1999; Brucklacher R.M. et al.,2002).Механизмы повреждения, возникающие в периоде постишемическойреперфузии, также ослабляются при ишемической толерантности (Gidday J.M.,2006). Эффекторные механизмы в этот временной интервал направлены настабилизациюэнергетическогообменаклетки,подавлениеобразованияповреждающих концентраций АФК и азота, а также на ингибированиепостишемического воспаления.

Механизмы толерантности, работающие науровнефункционированияэндоплазматическойсети,способствуютвосстановлению синтеза специфических для нейронов белков (Paschen W., MiesG., 1999; Hayashi T. et al., 2003). Более того, уменьшается постишемическаяагрегация белков, увеличивается скорость репарации ДНК после оксидативногоповреждения (Liu C. et al., 2005; Li W. et al., 2006). Многие эффекторныемеханизмы в этом периоде направлены на нормализацию функции митохондрий,в частности, стимуляцию окислительного фосфорилирования, ликвидациюперегрузки матрикса митохондрий кальцием и подавление митохондриальныхмеханизмов запуска апоптоза (Zhang H.X.

et al., 2003; Perez-Pinzon M.A., 2004).33Примечательно,чтомеханизмыишемическойтолерантностимогутразличаться в зависимости от вида индуктора. Так, например, при сравнениигеномного профиля головного мозга крыс, подвергшихся предварительнымпрекондиционирующим стимулам в виде коротких эпизодов ишемии или низкихдоз липополисахарида (ЛПС), было установлено, что различные стимулыприводили к увеличению экспрессии одинаковых наборов генов (Stenzel-PooreM.P. et al., 2007). По-видимому, начальные звенья сигнальных путейишемической толерантности могут различаться в зависимости от природыиндуктора, тогда как конечные этапы, связанные с активацией эффекторов,являются универсальными для всех стимулов.1.1.2 Протективные эффекты ишемического прекондиционированияголовного мозгаФеномен эксайтотоксичности занимает ключевое положение среди раннихмеханизмов необратимого ишемического повреждения нейронов центральнойнервной системы (Hazell A.S., 2007).

Сущность происходящих молекулярныхсобытий,лежащихвосновеэксайтотоксичности,такова:ишемическаядеполяризация нейронов вызывает интенсивное высвобождение глутамата изглутаматэргических терминалей в синаптическую щель. Глутамат активирует рядпостсинаптических рецепторов: N-метил-D-аспартат (NMDA)-рецепторы, альфаамино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазол-пропионатные(АМРА)-рецепторыикаинатные рецепторы (Hazell A.S., 2007). При этом активация NMDA-рецепторовприводит к открытию кальциевых каналов постсинаптической мембраны, аактивация AMPA и каинатных рецепторов — к открытию натриевых каналов.Повышение концентрации ионов кальция в цитоплазме постсинаптическихнейронов вызывает активацию кальций-чувствительных протеаз (кальпаинов) ифосфолипаз, а также стимулирует образование повреждающих концентрацийактивных форм кислорода. Резкое увеличение концентрации ионов натрия вцитоплазменейроновможетпровоцироватьвнутриклеточныйотек.В34совокупности указанные механизмы приводят к некрозу постсинаптическихнейронов, что вносит существенный вклад в формирование зоны инфаркта (AartsM.M.

et al., 2003). Показано, что многие индукторы ишемической толерантностиголовногомозгавызываютумереннуюстимуляциюNMDA-рецепторовглутаматом, что в дальнейшем приводит к адаптации потенциал-зависимыхкальциевых каналов и уменьшению кальциевой перегрузки во время тестовойишемии (Shpargel K.B. et al., 2008). Кроме того, введение антагонистов NMDAрецепторов блокирует формирование ишемической толерантности нейронов,вызванной временным снижением концентрации глюкозы и напряжениякислорода (Grabb M.C., Choi D.W., 1999).

Нейропротективный эффект активацииNMDA-рецепторов физиологическими концентрациями глутамата может бытьопосредован и высвобождением мозгового нейротрофического фактора (МНТФ),активирующего, в свою очередь, тирозинкиназный рецептор. Результатомактивации тирозинкиназы В является фосфорилирование транскрипционногофактора κВ (NFκВ) и его транслокация в ядро клетки.

Как известно, NFκВстимулирует экспрессию целого ряда цитопротективных белков, участвующих вформировании поздней ишемической толерантности головного мозга (RidderD.A., Schwaninger M., 2009).Ослабление проявлений эксайтотоксичности при развитии ишемическойтолерантности может быть связано и со стимуляцией эндогенных механизмов,противостоящих последствиям избыточной активации NMDA-рецепторов. Так,установлено,чтоИПреКголовногомозгаприводиткусиленномувысвобождению из нейронов γ-аминомасляной кислоты (ГАМК), которая,воздействуя на ГАМК-А и ГАМК-В рецепторы, соответственно, препятствуетпоступлениюионовкальциявпостсинаптическийнейронитормозитвысвобождение глутамата из пресинаптических терминалей (Dave K.R. et al.,2005).Одним из факторов, участвующих в формировании ишемического и,особенно, реперфузионного повреждения головного мозга, являются АФК.Логично предполагать, что позднее ИПреК головного мозга, наряду с усилением35экспрессии многих цитопротективных белков, способствует увеличению синтезатаких эндогенных антиоксидантов, как супероксиддисмутаза (СОД), каталаза,глутатионпероксидаза.

В то же время, усиление синтеза этих ферментативныхантиоксидантов было показано при использовании только определенныхпрекондиционирующих стимулов. Например, экспрессия СОД в ткани мозгаповышается после прекондиционирования с помощью гипоксии (Omata N. et al.,2006), ЛПС (Bordet R. et al., 2000) и оксидативного стресса (Ohtsuki T.

et al., 1992),но не после ИПреК (Puisieux F. et al., 2004) или прекондиционирования корковойраспространяющейся депрессией (Wiggins A.K. et al., 2003). АФК играютдвоякую роль в механизмах ишемического и реперфузионного поврежденияголовного мозга. Некоторые данные говорят о том, что незначительныеконцентрации АФК, образующиеся в ходе прекондиционирующей ишемииреперфузии, необходимы для запуска фазы трансдукции сигнала, а подавление ихобразования полностью устраняет защитный эффект ишемической толерантности(Mori T.

et al., 2000).В основе ранней стадии ишемического повреждения головного мозга лежатобратимые нарушения энергетического метаболизма нейронов и изменениятрансмембранного распределения ионов. ИПреК у крыс, выполненное за 24 часадо тестовой ишемии, ослабляло ингибирующий эффект пролонгированнойишемии на активность Na/K-АТФазы (De Souza Wyse A.T. et al., 2000). В запускеишемического повреждения нейронов большое значение имеет повышениеконцентрации в цитоплазме ионов кальция. ИПреК у монгольских песчаноксопровождалось повышением активности мембранных кальциевых АТФаз, атакже усилением секвестрации кальция в митохондрии нейронов поля CA1гиппокампа (Ohta S.

et al., 1996). Кроме того, ИПреК снижает пиковое повышениеуровня ионов кальция в нейронах поля СА1 гиппокампа песчанки после эпизодааноксии-реоксигенации (Shimazaki K. et al., 1998). Немалое значение в регуляциикальциевого гомеостаза нейронов имеет натрий-кальциевый обменник (NCX),который в норме осуществляет АТФ-зависимое выведение из клетки ионовкальция в обмен на ионы натрия. В экспериментах на крысах было показано, что363-минутная (прекондиционирующая) глобальная ишемия мозга приводит кусилению экспрессии NCX1 изоформы натрий-кальциевого обменника внейронах поля CA1 гиппокампа, тогда как уровень NCX2 и 3 оставалсянеизменным (Bojarski C.

et al., 2008). С другой стороны, 8-минутная глобальнаяишемия (некрозпродуцирующая) приводила к снижению экспрессии NCX2,отсутствию изменения экспрессии NCX1 и повышенной экспрессии NCX3. Наоснове этих данных можно сделать вывод о том, что направленность ивыраженность изменений экспрессии разных изоформ NCX зависит отпродолжительности и последствий ишемии.Большое значение в субстратном обеспечении нейронов в ходе критическойишемии имеет скорость транспорта глюкозы через плазмалемму.

Известно, чтопоступление глюкозы в эндотелиоциты и глию осуществляется через транспортерглюкозы 1 (GLUT1), тогда как для переноса глюкозы в нейроны служиттранспортер глюкозы 3 (GLUT3). Прерывистое гипоксическое ПреК культурнейроновиастроцитовгиппокампакрысысопровождаетсяусилениемпоступления глюкозы внутрь клетки в ходе тестовой аноксии, а такжеповышением уровня мРНК GLUT1 в астроцитах и мРНК GLUT1 и GLUT3 внейронах (Yu S. et al., 2011).Таким образом, защитный эффект ПреК головного мозга может быть связанкак с усилением транспорта глюкозы в нейроны и активацией анаэробного путиобразования АТФ, так и с нормализацией нарушенного ионного гомеостазанейронов.