МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ИОНОВ ФТОРА НА КЛЕТКИ ГИППОКАМПА КРЫС, СВЯЗАННЫЕ СО СНИЖЕНИЕМ КОГНИТИВНЫХ СПОСОБНОСТЕЙ Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 615.916

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ИОНОВ ФТОРА НА КЛЕТКИ ГИППОКАМПА КРЫС, СВЯЗАННЫЕ СО СНИЖЕНИЕМ КОГНИТИВНЫХ СПОСОБНОСТЕЙ

DOI 10.24412/CL-37228-2024-35-37 О. В. Надей, Н. И. Агалакова

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН,

Санкт-Петербург, Россия E-mail: olganadej@gmail.com

Аннотация. Длительное потребление крысами доз фторид-иона (F-), сопоставимых с его содержанием в регионах эндемического флюороза, сопровождается изменением соотношения субъединиц в составе AMPA и NMDA рецепторов, активацией сигнального каскада кальпаина-1, гибелью клеток гиппокампа по митохондриальному пути апоптоза и снижением когнитивных способностей крыс. Результаты работы помогут выработать рекомендации по определению оптимальных и предельно допустимых доз F- для потребления человеком.

Ключевые слова: фторид-ион, флюороз, когнитивное способности, гиппокамп, крысы.

В последние годы всё большее число исследований регистрируют различные неврологические и когнитивные расстройства у людей, подверженных воздействию фторид иона (F) в регионах эндемического флюороза или на промышленных предприятиях [1]. Однако во многих странах соединения фтора добавляют в стоматологическую продукцию, питьевую воду и пищевые добавки, что приводит к его потреблению выше рекомендованного уровня, в то время как его нейротоксичность недооценивается [2; 3]. Целью работы было оценить когнитивные способности крыс после длительного потребления избыточных доз F- и охарактеризовать изменения экспрессии посредников различных путей гибели клеток и разных типов субъединиц AMPA и NMDA рецепторов в гиппокампе.

Самцы крыс Wistar в течение года получали воду ad libitum с 5, 20 и 50 мг/л F- (в виде NaF). Содержание фторид иона в плазме крови крыс зависит от его потребления нелинейно, а скорость выве-

дения из организма в среднем в 5-7 раз выше, чем у человека [4]. Поэтому дозы фторид иона, выбранные для эксперимента, позволили получить уровни в плазме крови крыс, сопоставимые с концентрациями фторид иона в плазме крови людей в регионах эндемического флюороза [2]. Содержание F- в плазме крови определяли с помощью F--специфичного электрода. Когнитивные способности животных оценивали с помощью поведенческих тестов (У-образно-го лабиринта, водного теста Морриса и теста распознавания нового объекта). Морфологические изменения и число нейронов гиппо-кампа оценивали на срезах мозга после окраски по методу Ниссля. Экспрессию изучаемых генов и кодируемых ими белков оценивали методами ОТ-ПЦР и иммуноблоттинга, соответственно.

Поведенческие тесты показали, что избыточное потребление фторид иона приводит к снижению пространственной рабочей и долговременной (пространственной и непространственной) памяти крыс. В полях СА1 и СА3 гиппокампа животных, получавших фторид ион, наблюдались патологические изменения и снижение численной плотности нейронов. В клетках гиппокампа снижалась экспрессия анти-апоптотического белка Bcl-2 на фоне активации про-апоптотического белка Bax и каспазы-3. Содержание посредников некроптоза (RIP и MLKL) и рецепторного пути апоптоза (Fas) оставалось стабильным, однако ингибировался ключевой эффектор аутофагии Beclin-1. Длительное воздействие F- привело к значительным изменениям в соотношении и субклеточном распределении различных субъединиц AMPA и NMDA рецепторов, в результате чего в мембранах клеток преобладали Са2+-проницае-мые AMPA и 01и№А-содержащие NMDA рецепторы. Стимуляция ионотропных глутаматных рецепторов сопровождалась активацией Са2+-зависимой протеазы кальпаина-1 и его посредников (RhoA, PHLPP1, ERK1/2).

Таким образом, длительное потребление фторид иона привело к изменениям соотношения субъединиц в составе AMPA и NMDA рецепторов, активации сигнального каскада кальпаина-1, гибели клеток по митохондриальному пути апоптоза и снижению когнитивных способностей крыс.

Работа выполнена в соответствии с гос. заданием ИЭФБ РАН

№ 075-00264-24-00.

Список литературы

1. Veneri F. Fluoride exposure and cognitive neurodevelopment: Systematic review and dose-response meta-analysis / Veneri F., Vince-ti M., Generali L., Giannone M.E., Mazzoleni E., Birnbaum L. S., Consolo U., Filippin T. // Environmental Research. — 2023. — V. 221. — P. 115239.

2. Taher M. K. Systematic review of epidemiological and toxicologi-cal evidence on health effects of fluoride in drinking water / Taher M.K., Momoli F., Go J., Hagiwara S., Ramoju S., Hu X., Jensen N., Terrell R., Hemmerich A., Krewski D. // Critical Reviews in Toxicology. — 2024. — V. 54. — No 1. — P. 2-34.

3. Petrovic B. Toothpaste ingestion-evaluating the problem and ensuring safety: systematic review and meta-analysis / Petrovic B., Kojic S., Milic L., Luzio A., Peric T., Markovic E., Stojanovic G. M. // Frontiers in Public Health. — 2023. — V. 11. — P. 1279915.

4. Lyaruu D. M. The effect of fluoride on enamel and dentin formation in the uremic rat incisor / Lyaruu D. M., Bronckers A. L., Santos F., Mathias R., DenBesten P. // Pediatr. Nephrol. — 2008. — V. 23. — P. 1973-1979.

MOLECULAR MECHANISMS OF ACTION OF FLUORIDE-IONS ON RAT HIPPOCAMPAL CELLS ASSOCIATED WITH A DECREASE IN COGNITIVE ABILITIES

Abstract. Long-term consumption by rats of doses of fluoride-ion (F-), comparable to its content in the regions of endemic fluorosis, is accompanied by a change in the ratio of subunits in the composition of AMPA and NMDA receptors, activation of the calpain-1 signaling cascade, death of hippocampal cells along the mitochondrial pathway of apoptosis and a decrease in cognitive abilities of rats. The results of the work will help to develop recommendations for determining the optimal and maximum permissible doses of F- for human consumption.

Key words: fluoride ion, fluorosis, cognitive abilities, hippocampus, rats.