Введение нейротрофического фактора головного мозга опосредовало дифференцировку олигодендроцитов и формирование миелина после субкортикального ишемического инсульта

29.05.2015
700

Department of Neurology and Stroke Center, Neuroscience and Cerebrovascular Research Laboratory, La Paz University Hospital, Neuroscience Area of IdiPAZ Health Research Institute, Autónoma University of Madrid, Madrid, Spain (J.R.-C., M.G.-F., L.O.-O., B.R.-F., B.F., M.T.V.-C., E.D.-T.); and Laboratory for Imaging and Spectroscopy by Magnetic Resonance (LISMAR), Institute of Biomedical Research Alberto Sols, CSIC-UAM, Madrid, Spain (T.N.H., S.C.). *J. Ramos-Cejudo and Drs Gutiérrez-Fernández and Otero-Ortega contributed equally.
Предпосылки и цель исследования. Трансляционные исследования начинают раскрывать важность трофических факторов в качестве терапии для восстановления клеток головного мозга. Целью данного исследования было изучение влияния нейротрофического фактора головного мозга (BDNF – brain-derived neurotrophic factor) на опосредование олигодендрогенеза и ремиелинизации после повреждения белого вещества при субкортиальном инсульте. Методы. Развитие ишемии у крыс индуцировали путем инъекции эндотелина-1. Через 24 часа крысам опытной и контрольной групп внутривенно вводили 0,4 мкг/кг BDNF или солевой раствор соответственно. Анализировали результаты функционального обследования, МРТ и целостность проводящих путей на изображениях трактографии. Содержание маркеров пролиферации (KI-67) и восстановления белого вещества (A2B5,2’,3’-циклический нуклеотид 3’-фосфодиэстеразы [CNPase], аденоматозного полипоза толстой кишки [APC], альфа рецептора тромбоцитарного фактора роста [PDGFR-α], маркера олигодендроцитов O4 [O4], транскрипционный фактор олигодендроцитов [Olig-2] и основного белка миелина [МВР]) через 7 и 28 дней. Результаты. У животных, получивших BDNF, функциональный дефицит через 28 дней после лечения был выражен меньше по сравнению с контрольной группой (р<0,05). Несмотря на отсутствие различий между группами в размере поражения по результатам T2-МРТ через 7 и 28 дней, при проведении анализа результатов трактографии, выполненной с помощью диффузионно-тензорной методики визуализации, выявили значительно большую плотность проводящих путей через 28 дней в группе BDNF, чем в контрольной группе (р<0,05). Увеличение пролиферации клеток-предшественников олигодендроцитов наблюдали в группе BDNF через 7 дней (р<0,05). Наконец, уровни маркеров восстановления белого вещества (A2B5, CNPase и О4 через 7 дней; Olig-2 и МВР через 28 дней) были выше в группе BDNF, чем в контрольной группе (р<0,05). Выводы. Введение BDNF привело к лучшему функциональному исходу, способствовало олигодендрогенезу, ремиелинизации и восстановлению плотности проводящих путей волокон у крыс с субкортикальными повреждениями после ишемического инсульта.

После десятилетий проведения исследований, направленных на поиск методов лечения кортикальных инфарктов в экспериментальных моделях с повреждением преимущественно серого вещества, в нескольких трансляционных исследованиях стали подчеркивать важность изучения повреждения белого вещества после инсульта [1]. Считается, что ≤25% ишемических инсультов у людей являются субкортикальными или лакунарными и ограничиваются участками белого вещества головного мозга [2], но и при кортикальных инфарктах развивается повреждение белого вещества. Высокая частота развития этого повреждения обусловливает поиск эффективных методов лечения для усиления механизмов, лежащих в основе восстановления поврежденного белого вещества (аксоны и миелин) после инсульта [2].

Трофические факторы являются новым эффективным методом восстановительной терапии после инсульта, и они могут надежно обеспечивать создание благоприятной среды для восстановления клеток после повреждения головного мозга [3, 4]. Одной из таких заметных трофических молекул является нейротрофический фактор головного мозга (BDNF – brain-derived neurotrophic factor), который секретируется в зависимости от активности головного мозга и, главным образом, способствует синаптическому регулированию и пластичности аксонов, связан с обучением, памятью и восстановлением сенсомоторных функций [4, 5]. Кроме того, in vitro исследования с нокаутом BDNF показали, что этот трофический фактор оказывает прямое воздействие на олигодендроглию, обеспечивает пролиферацию и дифференцировку клеток-предшественников олигодендроцитов (КПО) и миелинизацию [6–8].

Все вышеизложенное позволяет предположить, что BDNF может оказать влияние на олигодендрогенез и ремиелинизацию после инсульта. Таким образом, в данном исследовании изучали возможное влияние введения BDNF на ремоделирование белого вещества посредством олигодендрогенеза и миелиногенеза и возможную корреляцию этого эффекта с функциональным восстановлением в модели субкортикального инсульта у животных.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Дизайн исследования

Это трансляционное исследование провели в соответствии со всеми жесткими академическими стандартами изучения методов лечения инсульта в отношении рандомизации, ослепления и статистической мощности [9]. Кроме того, эксперименты были разработаны таким образом, чтобы свести к минимуму страдания животных в соответствии с требованиями нашего Этического комитета по уходу и использованию животных в исследованиях (Директивы ЕС 86/609/CEE и 2003/65/ CE). В общей сложности 74 взрослых крыс линии Sprague-Dawley (200–250 г) произвольным образом распределили в 3 группы: псевдовмешательство – операция без инъекции эндотелина-1+внутривенное введение солевого раствора (n=24); контрольная группа – субкортикальный инсульт+внутривенное введение солевого раствора (n=24) и BDNF – субкортикальный инсульт+внутривенное введение BDNF (n=24). В группе BDNF, рекомбинантный человеческий BDNF (Peprotech, Великобритания) разводили в физиологическом растворе до конечного объема 1 мл и вводили через хвостовую вену в дозе 0,4 мкг/кг через 24 часа после операции. Солевой раствор в том же объеме вводили животным контрольной группы и группы псевдовмешательства. Затем крыс случайным образом разделяли на три подгруппы, забивали через 4 часа (n=4 в каждой группе), на 7-й день (n=10 в каждой группе) или на 28-й день (n=10 в каждой группе). Двух крыс исключили из исследования, потому что одна умерла после операции, а другая – во время проведения магнитно-резонансной томографии.

Модель субкортикального инсульта с введением эндотелина-1

Физиологические параметры и температуру тела у всех животных непрерывно контролировали во время операции (дополнительные данные on-line). Для формирования повреждения белого вещества индуцировали развитие субкортикального инсульта у предварительно анестезированных крыс после небольшой краниотомии путем инъекции мощного вазоконстриктора, эндотелина-1, с использованием стереотаксического устройства со стереотаксическими координатами (+0,4 мм антеропостериорно, +3,5 мм латеральнее, +6 мм дорсовентральнее теменной области). Один микролитр эндотелина-1 (0,25 мкг/мкл) вводили со скоростью 0,2 мкл/мин. Сразу же после операции проводили обезболивание во всех группах путем внутрибрюшинной инъекции мелоксикама в дозе 2 мг/кг.

Количественный анализ BDNF после лечения

Количественное содержание BDNF определяли с использованием набора для иммуноферментного анализа содержания человеческого BDNF (Abcam) и вестерн-блоттинга в ткани головного мозга и сыворотке крови животных контрольной и опытной групп через 4 часа, 7 дней, и 28 дней (дополнительные данные on-line). Иммунофлуоресценция (с использованием первичных антител анти-BDNF [1:1000, Millipore] и вторичных антикроличьих антител Alexa Fluor 594 [1:750, Invitrogen]; n=4 в каждой группе).

Список литературы

  1. Sozmen E.G., Hinman J.D., Carmichael S.T. Models that matter: white matter stroke models. Neurotherapeutics. 2012;9:349–358.
  2. Matute C., Domercq M., Pérez-Samartín A., Ransom B.R. Protecting white matter from stroke injury. Stroke. 2013;44:1204–1211.
  3. Mattson M.P., Maudsley S., Martin B. BDNF and 5-HT: a dynamic duo in age-related neuronal plasticity and neurodegenerative disorders. Trends Neurosci. 2004;27:589–594.
  4. Schäbitz W.R., Steigleder T., Cooper-Kuhn C.M., Schwab S., Sommer C., Schneider A., et al. Intravenous brain-derived neurotrophic factor enhances poststroke sensorimotor recovery and stimulates neurogenesis. Stroke. 2007;38:2165–2172.
  5. Schäbitz W.R., Berger C., Kollmar R., Seitz M., Tanay E., Kiessling M., et al. Effect of brain-derived neurotrophic factor treatment and forced arm use on functional motor recovery after small cortical ischemia. Stroke. 2004;35:992–997.
  6. Xiao J., Wong A.W., Willingham M.M., van den Buuse M., Kilpatrick T.J., Murray S.S. Brain-derived neurotrophic factor promotes central nervous system myelination via a direct effect upon oligodendrocytes. Neurosignals. 2010;18:186–202.
  7. Cellerino A., Carroll P., Thoenen H., Barde Y.A. Reduced size of retinal ganglion cell axons and hypomyelination in mice lacking brainderived neurotrophic factor. Mol Cell Neurosci. 1997;9:397–408.
  8. Vondran M.W., Clinton-Luke P., Honeywell J.Z., Dreyfus C.F. BDNF+/mice exhibit deficits in oligodendrocyte lineage cells of the basal forebrain. Glia. 2010;58:848–856.
  9. Fisher M., Feuerstein G., Howells D.W., Hurn P.D., Kent T.A., Savitz S.I., et al. Update of the stroke therapy academic industry roundtable preclinical recommendations. Stroke. 2009;40:2244– 2250.
  10. Britton G.L., Kim H., Kee P.H., Aronowski J., Holland C.K., McPherson D.D., et al. In vivo therapeutic gas delivery for neuroprotection with echogenic liposomes. Circulation. 2010;122:1578–1587.
  11. Gutiérrez-Fernández M., Rodríguez-Frutos B., Ramos-Cejudo J., Teresa Vallejo-Cremades M., Fuentes B., Cerdán S., et al. Effects of intravenous administration of allogenic bone marrowand adipose tissue-derived mesenchymal stem cells on functional recovery and brain repair markers in experimental ischemic stroke. Stem Cell Res Ther. 2013;4:11.
  12. Rogers D.C., Campbell C.A., Stretton J.L., Mackay K.B. Correlation between motor impairment and infarct volume after permanent and transient middle cerebral artery occlusion in the rat. Stroke. 1997;28:2060–2065.
  13. Poduslo J.F., Curran G.L. Permeability at the blood-brain and bloodnerve barriers of the neurotrophic factors: NGF, CNTF, NT-3, BDNF. Brain Res Mol Brain Res. 1996;36:280–286.
  14. Horch H.W. Local effects of BDNF on dendritic growth. Rev Neurosci. 2004;15:117–129.
  15. Goldberg M.P., Ransom B.R. New light on white matter. Stroke. 2003;34:330–332.
  16. Blasi F., Wei Y., Balkaya M., Tikka S., Mandeville J.B., Waeber C., et al. Recognition memory impairments after subcortical white matter stroke in mice. Stroke. 2014;45:1468–1473.
  17. Baumann N., Pham-Dinh D. Biology of oligodendrocyte and myelin in the mammalian central nervous system. Physiol Rev. 2001;81:871–927.
  18. Back S.A., Riddle A., McClure M.M. Maturation-dependent vulnerability of perinatal white matter in premature birth. Stroke. 2007; 38:724–730.
  19. Baracskay K.L., Kidd G.J., Miller R.H., Trapp B.D. NG2-positive cells generate A2B5-positive oligodendrocyte precursor cells. Glia. 2007;55:1001–1010.
  20. Sommer I., Schachner M. Monoclonal antibodies (O1 to O4) to oligodendrocyte cell surfaces: an immunocytological study in the central nervous system. Dev Biol. 1981;83: 311–327.
  21. Cui Q.L., D’Abate L., Fang J., Leong S.Y., Ludwin S., Kennedy T.E., et al. Human fetal oligodendrocyte progenitor cells from different gestational stages exhibit substantially different potential to myelinate. Stem Cells Dev. 2012;21:1831–1837.
  22. Du Y., Fischer T.Z., Lee L.N., Lercher L.D., Dreyfus C.F. Regionally specific effects of BDNF on oligodendrocytes. Dev Neurosci. 2003;25:116–126.
  23. Cheatwood J.L., Emerick A.J., Schwab M.E., Kartje G.L. Nogo-A expression after focal ischemic stroke in the adult rat. Stroke. 2008;39:2091–2098.
  24. Huang E.J., Reichardt L.F. Trk receptors: roles in neuronal signal transduction. Annu Rev Biochem. 2003;72:609–642.
  25. Cai D., Shen Y., De Bellard M., Tang S., Filbin M.T. Prior exposure to neurotrophins blocks inhibition of axonal regeneration by MAG and myelin via a cAMP-dependent mechanism. Neuron. 1999;22: 89–101.

Полный текст публикаций доступен только подписчикам

Нет комментариев

Комментариев: 0

Вы не можете оставлять комментарии
Пожалуйста, авторизуйтесь