CC BY
134. Bimbi M., Festante F., Coudé G., Vanderwert R. E., Fox N. A., Ferrari P. F. Simultaneous scalp recorded EEG and local field potentials from monkey ventral premotor cortex during action observation and execution reveals the contribution of mirror and motor neurons to the mu-rhythm.//NeuroImage. — 2018 — № 175 — PP. 22—31. doi: 10.1016/j.neuroimage.2018.03.037
5. Fox N. A., Bakermans-Kranenburg M. J., Yoo K. H., Bowman L. C., Cannon E. N., Vanderwert R. E., Ferrari P. F., van IJzen-doorn M. H. Assessing human mirror activity with EEG mu rhythm: A meta-analysis//Psychological Bulletin. — 2016. — V. 142 — № 3 — PP. 291—313. doi: 10.1037/bul0000031.
6. Festantea F., Ferrari P. F., Thorpe S. G., Buchanan R. W., Fox N. A., Intranasal oxytocin enhances EEG mu rhythm desynchronization during execution and observation of social action: An exploratory study.//Psychoneuroendocrinology. — 2020. — V.111 — PP.104467. 10.1016/j.psyneuen.2019.104467
УДК 612.822
Карань A. A.1, Спивак Ю. С. 1, Сулейманова Л. М.1, Виноградова Л. В.1, Большаков А. П. 1
1 ФГБУН Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва, Россия
Karan A. A.1, Spivak Y. S.1, Suleymanova E. M.1, Vinogradova L. V.1, Bolshakov A. P.1
1 Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology RAS, Moscow, Russia E-mail: akartar.n@gmail.com
ВЛИЯНИЕ СУДОРОЖНОЙ АКТИВНОСТИ, ВЫЗВАННОЙ ВВЕДЕНИЕМ КАИНАТА, НА ЭКСПРЕССИЮ ПРО-И ПРОТИВОВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ ЦИТОКИНОВ В МОЗГЕ КРЫС
THE EFFECT OF CONVULSIVE ACTIVITY INDUCED BY PENTYLENETETRAZOLE OR KAINATE ON THE EXPRESSION OF PRO AND ANTI—INFLAMMATORY CYTOKINES IN RAT BRAIN
DOI
Аннотация: В данной работе мы использовали модель эпилептических судорог, индуцированных односторонней внутригиппокам-пальной инъекцией каината, для анализа временной динамики ней-ровоспаления и влияния на него экзогенных модуляторов эндокан-набиноидных рецепторов. Нейровоспаление оценивалось по уровню экспрессии ряда про- и противовоспалительных цитокинов, измеренному с помощью ПЦР в реальном времени, в ипсилатеральном вентральном гиппокампе, дорсальной и вентральной частях контралате-рального гиппокампа, неокортексе, твердой мозговой оболочке, кортикальных оболочках, гиппокампальной оболочке и селезенке. Мы обнаружили, что судороги, вызванные введением каината, приводят к относительно быстрому развитию нейровоспаления в обеих частях контралатерального гиппокампа, которое почти полностью прекращается через 24 часа. В неокортексе же усиление нейровоспалитель-ного ответа наблюдалось только через 24 часа. Как активация, так и ингибирование каннабиноидных рецепторов приводили к усилению нейровоспаления, однако усиливающий эффект активации наблюдался преимущественно в неокортексе, тогда как эффект инги-бирования был сильнее в гиппокампе. Наши данные говорят о том, что нейровоспалительный ответ по-разному регулируется модуляторами каннабиноидных рецепторов в неокортексе и гиппокампе.
Ключевые слова: эпилепсия, нейровоспаление, каиновая кислота (каинат), эндоканнабиноидная система
Abstract: In our study, we used a model of seizures induced by unilateral intrahippocampal injection of kainate to analyze the time course of neuroinflammation and modulatory effects of exogenous modulators of endocannabinoid receptors. Neuroinflammation was evaluated by expression level of a number of pro- and anti-inflammatory cytokines in the ipsilateral ventral hippocampus, contralateral dorsal and ventral hippocampus, neocortex, dura mater, cortical meanings, hippocampal meanings and spleen, which was measured by qPCR. We found that kainate-induced seizures lead to relatively rapid development of neuroinflammation in both contralateral hippocampal parts which almost completely ceased in 24 h. In the neocortex, enhancement of neuroinflammatory response was observed only in 24 h. Both activation and inhibition of cannabinoid receptors led to enhancement of neuroinflammation, however, the enhancing effect of activation was observed predominantly in the neocortex, whereas the effect of inhibition was stronger in the hippocampus. Our data suggest that
neuroinflammatory response is differently regulated by modulators of cannabinoid receptors in the neocortex and hippocampus.
Keywords: epilepsy, neuroinflammation, kainic acid (kainate), endocannabinoid system
Одно из определений эпилепсии звучит так: «Хроническое состояние мозга, которое характеризуется устойчивой предрасположенностью к возникновению эпилептических приступов и нейро-биологическими, когнитивными, психологическими и социальными последствиями». Данное определение носит общий характер, но за ним скрывается множество состояний, и этиология, и симптоматика, и механизмы эпилептогенеза которых могут значительно отличаться, что затрудняет создание единой модели заболевания. Для преодоления данного препятствия в рамках моделирования осуществляется выбор конкретного типа эпилепсии и его проявления (-ий): электрофизиологического, морфологического (в основном нейродегенерации) и судорожного [1, 2]. В данной работе используется модель эпилептического статуса с введением каиновой кислоты (КА), где воспроизводятся аспекты судорожной активности и нейродегенерации. Воспроизведение сразу двух аспектов сближает ка-инатную модель именно с заболеванием под названием "эпилепсия".
Одним из нейробиологических последствий, вызываемых хроническим состоянием мозга, характеризующимся устойчивой предрасположенностью к возникновению эпилептических приступов, в настоящее время считается нейровоспаление. Нейро-воспаление — это реакция центральной нервной системы (ЦНС) на различные нарушения, такие как инсульт, травма, инфекция, аутоиммунные заболевания, стресс и повышенная возбудимость нейронной сети, например, во время судорог. Такая реакция включает в себя биосинтез и высвобождение молекул с воспалительными свойствами клетками мозга, в основном активированной микро-глией и астроцитами, а также нейронами и клетками сосудистой сети мозга [3, 4, 5].
В настоящее время в рамках исследования нейровоспаления, характерного для многих патологических состояний, рассматривается, в частности, влияние на него эндоканнабиноидной системы (ЭКС) [6], однако, в исследованиях, посвященных эпилепсии, основное внимание сосредоточено на том, как модуляция ЭКС влияет на сетевую нейрональную активность за счет изменения свойств синапсов (возбуждающих и тормозных) через CB1 рецепторы,
а связи с нейровоспалением посвящено лишь небольшое количество исследований [7].
Целью данной работы является выявление изменений экспрессии генов, ассоциированных с нейровоспалением, индуцируемым судорожной активностью, вызванной введением каината, и их связи с активацией каннабиноидных рецепторов.
Методика: У крыс массой 200—300 г линии Wistar в тканях (вентральном отделе левого гиппокампа (VHL), дорсальном отделе правого гиппокампа (DHR), вентральном отделе правого гиппо-кампа (VHR), правой соматосенсорной коре (С), правой твердой мозговой оболочке (DMR), кортикальных оболочках правого полушария, представляющих собой неразделенные паутинную и мягкую мозговые оболочки (CMR), правой гиппокампальной оболочке (HMR) и селезенке (Spleen)) определялась относительные концентрации мРНК с помощью ПЦР в реальном времени следующих генов: Osbp, Ywhaz и Hprt (гены «домашнего хозяйства» в качестве нормировочных), Il1b, Il6, Cx3cl1, Ccl2, Tgfb1, Zc3h12a, Tnfa (гены маркеров воспаления) и Cnr1, Cnr2 (гены каннабиноидных рецепторов). Образцы собирались через 3 часа или через 24 часа после односторонней внутригиппокампальной инъекции каината или физиологического раствора свободноподвижному животному через установленную за 2 недели направляющую канюлю. Крыс, которым за час до инъекции каината внутрибрюшинно вводили агонист CB1 и CB2 (WIN55,212—2) или обратный агонист CB1 (AM251), де-капитировали через 24 часа после инъекции каиновой кислоты.
Исследование включало следующие экспериментальные группы, где N — число животных в группе:
1. Крысы, инъецированные физиологическим раствором и де-капитированные через 3 часа после инъекции (контроль для 2-й группы, N = 9)
2. Крысы, инъецированные каинатом и декапитированные через 3 часа после инъекции (N = 10)
3. Крысы, инъецированные физиологическим раствором и де-капитированные через 24 часа после инъекции (контроль для 4-й группы, N = 8)
4. Крысы, инъецированные каинатом и декапитированные через 24 часа после инъекции (N = 8)
5. Крысы, инъецированные каинатом и декапитированные через 24 часа с предварительным введением 5 % ДМСО + 0,5 % Tween-80 (контроль для 6-й и 7-й групп, N = 9)
6. Крысы, инъецированные каинатом и декапитированные через 24 часа с предварительным введением 'Ш55,212—2 (М = 8)
7. Крысы, инъецированные каинатом и декапитированные через 24 часа с предварительным введением АМ251 (М = 9)
Результаты: Достоверное увеличение экспрессии по сравнению с контролем через 3 часа после инъекции каината показано в вентральном левом гиппокампе (т. е. ипсилатеральном) и дорсальном правом гиппокампе (т. е. контралеральном) для генов Сс12, 7с3Ь12а, II1Ь, 116, Сх3с11, Т^а, в вентральном правом гиппокампе (контралатеральном) повышается экспрессия тех же генов, за исключением 7с3Ь12а и 116. Также слабое воспаление наблюдается и в гиппокампальной оболочке, где через 3 часа после инъекции растет относительное количество мРНК Сс12. Через 24 часа и в ипсилатеральном гиппокампе, и в обоих отделах контралатерального гип-покампа сохраняется только повышенная экспрессия Сс12, а в дорсальном правом гиппокампе экспрессия Сх3с11 даже снижается по сравнению с контрольными животными. В гиппокампе экспрессия каннабиноидных рецепторов оказывается достаточно устойчивой к воздействию каината, растет лишь относительное количество мРНК Спг2 через 24 часа в левом вентральном гиппокампе.
В случае соматосенсорной коры ситуация значительно отличается от наблюдаемой при исследовании гиппокампа. Через 3 часа после инъекции каината наблюдается лишь повышение экспрессии Сс12, которое сохраняется и через 24 часа. Однако через 24 часа после инъекции в коре повышается экспрессия и множества других маркеров воспаления: Тд&1, 7с3Ь12а, 111Ь, Сх3с11, а также растет относительное количество мРНК обоих каннаби-ноидных рецепторов: Спг2 и Спг1. В кортикальных же оболочках экспрессия исследуемых маркеров воспаления через 3 часа достоверно не менялась, и лишь экспрессия Спг2 достоверно выросла через 24 часа после инъекции.
Было обнаружено, что агонист каннабиноидных СВ1 и СВ2 рецепторов 'Ш55,212—2 через 24 часа после введения каината в коре и кортикальных оболочках приводит к достоверному увеличению уровнямРНК генов Т^а и Сс12, а также наблюдается тенденция к росту экспрессии (р = 0.0830 и 0.0927, соответственно).
В то время как в правом вентральном гиппокампе наблюдалась тенденция падения его экспрессии (р = 0.0663) под воздействием
агониста. В коре была выявлена тенденция (p = 0.0830) роста экспрессии Cnrl.
После введения же обратного агониста CB1 рецептора AM251 достоверные различия концентраций мРНК были обнаружены лишь в правом дорсальном гиппокампе, в котором наблюдается рост экспрессии Illb и Zc3h12a, однако, в селезенке под воздействием обратного агониста экспрессия Illb падает. Также наблюдались тенденции падения экспрессии Cx3cl1 в коре (p = 0.0592), роста экспрессии Zc3h12a в правом вентральном гиппокампе (p = 0.0907) и падения в коре (p = 0.0712).
Заключение: Индукция эпилептического статуса путем вну-тригиппокампального введения каината приводит к интенсивному нейровоспалительному ответу через 3 часа в обоих гиппо-кампах (более сильному в ипсилатеральном гиппокампе), менее интенсивному в гиппокампальных оболочках (повышению экспрессии лишь Ccl2) и ослаблению воспалительного ответа через 24 часа; повышенной остается лишь экспрессия Ccl2 в обоих гиппокампах. В соматосенсорной коре же через 3 часа наблюдается слабый нейровоспалительный ответ (повышение экспрессии лишь Ccl2), через 24 часа детектируется значительное повышение экспрессии множества как провоспалительных, так и противовоспалительных цитокинов, что говорит о более поздней воспалительной реакции в соматосенсорной коре, чем в гиппокампе. Активация CB1 и CB2 рецепторов с помощью WIN55,212—2 привела к усилению воспалительного ответа в соматосенсорной коре и кортикальных оболочках через 24 часа после инъекции каината. Блокада CB1 рецепторов также привела к усилению нейровоспа-ления в дорсальном контралатеральном гиппокампе через 24 часа после инъекции каината. Эти данные говорят о том, что после судорог, индуцированных внутригиппокампальным введением каината, воспалительный ответ в гиппокампе и неокортексе по-разному модулируется эндоканнабиноидной системой.
Список литературы:
1. Engel J. Jr, International League Against Epilepsy (ILAE). A proposed diagnostic scheme for people with epileptic seizures and with epilepsy: report of the ILAE Task Force on Classification and Terminology//Epilepsia. 2001. Vol. 42, № 6. P. 796—803.
2. Fisher R. S. et al. ILAE official report: a practical clinical definition of epilepsy//Epilepsia. 2014. Vol. 55, № 4. P. 475—482.
3. Vezzani A. et al. Interleukin-lbeta immunoreactivity and microglia are enhanced in the rat hippocampus by focal kainate application: functional evidence for enhancement of electrographic seizures//}. Neurosci. 1999. Vol. 19, № 12. P. 5054—5065.
4. Vezzani A., Lang B., Aronica E. Immunity and Inflammation in Epilepsy//Cold Spring Harb. Perspect. Med. 2015. Vol. 6, № 2. P. a022699.
5. Vezzani A. et al. IL-1 receptor/Toll-like receptor signaling in infection, inflammation, stress and neurodegeneration couples hyperex-citability and seizures//Brain Behav. Immun. 2011. Vol. 25, № 7. P. 1281 — 1289.
6. Walter L., Stella N. Cannabinoids and neuroinflammation// Br. J. Pharmacol. 2004. Vol. 141, № 5. P. 775—785.
7. Cheung K. A. K. et al. The Interplay between the Endocannabinoid System, Epilepsy and Cannabinoids//Int. J. Mol. Sci. 2019. Vol. 20, № 23.
УДК 61 2.825.58
Керечанин Я. В.12, Бобров П. Д.13
1 ФГБУН Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва, Россия
2 ФГАОУ ВО Московский физико-технический институт, Долгопрудный, Россия
3 ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н. И. Пирогова, Москва, Россия
Kerechanin Y. V.12, Bobrov P. D.13
1 Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology RAS, Moscow, Russia
2 Moscow Institute of Physics and Technology, Dolgoprudny, Russia
3 Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow, Russia
E-mail: kerechanin@phystech.edu
НАПРАВЛЕННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИСТОЧНИКОВ ЭЭГ СПЕЦИФИЧНЫХ ДЛЯ ВООБРАЖЕНИЯ ДВИЖЕНИЙ
