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.