Нейроиммунные особенности животных с пренатальной алкогольной интоксикацией

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Факторы нейровоспаления могут быть важными регуляторами функций мозга в норме и патологии, в том числе при отставленных нарушениях, связанных с пренатальным действием алкоголя – когнитивной дисфункции, аффективных расстройствах и аддиктивном поведении потомства в подростковом и взрослом возрасте. В данной работе мы использовали экспериментальную модель пренатальной алкоголизации (потребление 10%-ного раствора этанола самкой крыс Wistar на всём протяжении беременности), мультиплексный иммунофлуоресцентный анализ содержания интерлейкинов (IL-1α, IL-1β, IL-3, IL-6, IL-9 и IL-12), фактора некроза опухоли-α (TNF-α) и хемокина CCL5, а также количественную ПЦР в режиме реального времени для оценки уровня мРНК цитокинов в префронтальной коре половозрелого (PND60) потомства – самцов и самок крыс с пренатальной алкогольной интоксикацией и контрольных животных. Установлено достоверное снижение содержания TNF-α и интерлейкинов IL-1β, IL-3, IL-6, IL-9 в префронтальной коре самцов, но не самок, перенесших пренатальную алкоголизацию. У пренатально алкоголизированных самцов показано снижение уровня мРНК TNF-α в префронтальной коре на 45% по сравнению с самцами контрольной группы, что может лежать в основе обнаруженного снижения его содержания. Полученные данные и, прежде всего, значимость фактора пола необходимо учитывать при проведении дальнейших трансляционных исследований механизмов нарушений фетального алкогольного спектра и разработке средств их профилактики и терапии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. Ю. Шамакина

Национальный медицинский исследовательский центр психиатрии и наркологии имени В.П. Сербского

Автор, ответственный за переписку.
Email: shamakina.i@serbsky.ru
Россия, 119002, Москва

П. К. Анохин

Национальный медицинский исследовательский центр психиатрии и наркологии имени В.П. Сербского; Институт искусственного интеллекта

Email: shamakina.i@serbsky.ru
Россия, 119002, Москва; 121170, Москва

Р. А. Агельдинов

Научный центр биомедицинских технологий Федерального медико-биологического агентства России

Email: shamakina.i@serbsky.ru
Россия, 143442, пос. Светлые горы

В. С. Кохан

Национальный медицинский исследовательский центр психиатрии и наркологии имени В.П. Сербского

Email: shamakina.i@serbsky.ru
Россия, 119002, Москва

Список литературы

  1. Dejong, K., Olyaei, A., and Lo, J. O. (2019) Alcohol use in pregnancy, Clin. Obstet. Gynecol., 62, 142-155, https://doi.org/10.1097/GRF.0000000000000414.
  2. Jacobson, S. W., Hoyme, H. E., Carter, R. C., Dodge, N. C., Molteno, C. D., Meintjes, E. M., and Jacobson, J. L. (2021) Evolution of the physical phenotype of fetal alcohol spectrum disorders from childhood through adolescence, Alcohol. Clin. Exp. Res., 45, 395-408, https://doi.org/10.1111/acer.14534.
  3. Voutilainen, T., Rysä, J., Keski-Nisula, L., and Kärkkäinen, O. (2022) Self‐reported alcohol consumption of pregnant women and their partners correlates both before and during pregnancy: A cohort study with 21,472 singleton pregnancies, Alcohol. Clin. Exp. Res., 46, 797-808, https://doi.org/10.1111/acer.14806.
  4. Popova, S., Lange, S., Probst, C., Gmel, G., and Rehm, J. (2017) Estimation of national, regional, and global prevalence of alcohol use during pregnancy and fetal alcohol syndrome: a systematic review and meta-analysis, Lancet Glob. Health, 5, e290-e299, https://doi.org/10.1016/S2214-109X(17)30021-9.
  5. McQuire, C., Mukherjee, R., Hurt, L., Higgins, A., Greene, G., Farewell, D., Kemp, A., and Paranjothy, S. (2019) Screening prevalence of fetal alcohol spectrum disorders in a region of the United Kingdom: A populationbased birth-cohort study, Prev. Med., 118, 344-351, https://doi.org/10.1016/j.ypmed.2018.10.013.
  6. May, P. A., de Vries, M. M., Marais, A. S., Kalberg, W. O., Buckley, D., Hasken, J. M., Abdul-Rahman, O., Robinson, L. K., Manning, M. A., Seedat, S., Parry, C. D. H., and Hoyme, H. E. (2022) The prevalence of fetal alcohol spectrum disorders in rural communities in South Africa: A third regional sample of child characteristics and maternal risk factors, Alcohol. Clin. Exp. Res., 46, 1819-1836, https://doi.org/10.1111/ acer.14922.
  7. Astley, S. J., Bailey, D., Talbot, C., and Clarren, S. K. (2000) Fetal alcohol syndrome (FAS) primary prevention through fas diagnosis: II. A comprehensive profile of 80 birth mothers of children with FAS, Alcohol Alcohol., 35, 509-519, https://doi.org/10.1093/alcalc/35.5.509.
  8. Popova, S., Charness, M. E., Burd, L., Crawford, A., Hoyme, H. E., Mukherjee, R. A. S., Riley, E. P., and Elliott, E. J. (2023) Fetal alcohol spectrum disorders, Nat. Rev. Dis. Primers, 9, 11, https://doi.org/10.1038/s41572023-00420-x.
  9. Kautz-Turnbull, C., Rockhold, M., Handley, E. D., Olson, H. C., and Petrenko, C. (2023) Adverse childhood experiences in children with fetal alcohol spectrum disorders and their effects on behavior, Alcohol. Clin. Exp. Res., 47, 577-588, https://doi.org/10.1111/acer.15010.
  10. Nutt, D. J., Lingford-Hughes, A., Erritzoe, D., and Stokes, P. R. (2015) The dopamine theory of addiction: 40 years of highs and lows, Nat. Rev. Neurosci., 16, 305-312, https://doi.org/10.1038/nrn3939.
  11. Arreola, R., Alvarez-Herrera, S., Pérez-Sánchez, G., Becerril-Villanueva, E., Cruz-Fuentes, C., Flores-Gutierrez, E. O., Garcés-Alvarez, M. E., de la Cruz-Aguilera, D. L., Medina-Rivero, E., Hurtado-Alvarado, G., Quintero-Fabián, S., and Pavón, L. (2016) Immunomodulatory effects mediated by dopamine, J. Immunol. Res., 2016, 3160486, https://doi.org/10.1155/2016/3160486.
  12. Mladinov, M., Mayer, D., Brčic, L., Wolstencroft, E., Man, N., Holt, I., Hof, P. R., Morris, G. E., and Šimic, G. (2010) Astrocyte expression of D2-like dopamine receptors in the prefrontal cortex, Transl. Neurosci., 1, 238-243, https://doi.org/10.2478/v10134-010-0035-6.
  13. Albertini, G., Etienne, F., and Roumier, A. (2020) Regulation of microglia by neuromodulators: modulations in major and minor modes, Neurosci. Lett., 733, 135000, https://doi.org/10.1016/j.neulet.2020.135000.
  14. Feng, Y., and Lu, Y. (2021) Immunomodulatory effects of dopamine in inflammatory diseases, Front. Immunol., 12, 663102, https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.663102.
  15. Iliopoulou, S. M., Tsartsalis, S., Kaiser, S., Millet, P., and Tournier, B. B. (2021) Dopamine and neuroinflammation in schizophrenia – interpreting the findings from translocator protein (18 kDa) PET imaging, Neuropsychiatr. Dis. Treat., 17, 3345-3357, https://doi.org/10.2147/NDT.S334027.
  16. Miller, A. H., Haroon, E., Raison, C. L., and Felger, J. C. (2013) Cytokine targets in the brain: impact on neurotransmitters and neurocircuits, Depress. Anxiety, 30, 297-306, https://doi.org/10.1002/da.22084.
  17. Abernathy, K., Chandler, L. J., and Woodward, J. J. (2010) Alcohol and the prefrontal cortex, Int. Rev. Neurobiol., 91, 289-320, https://doi.org/10.1016/S0074-7742(10)91009-X.
  18. Yamato, M., Tamura, Y., Eguchi, A., Kume, S., Miyashige, Y., Nakano, M., Watanabe, Y., and Kataoka, Y. (2014) Brain interleukin-1β and the intrinsic receptor antagonist control peripheral Toll-like receptor 3-mediated suppression of spontaneous activity in rats, PLoS One, 9, e90950, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0090950.
  19. Lynch, M. A. (2002) Interleukin-1 beta exerts a myriad of effects in the brain and in particular in the hippocampus: analysis of some of these actions, Vitam. Horm., 64, 185-219, https://doi.org/10.1016/s0083-6729(02)64006-3.
  20. Deverman, B. E., and Patterson, P. H. (2009) Cytokines and CNS development, Neuron, 64, 61-78, https:// doi.org/10.1016/j.neuron.2009.09.002.
  21. Wei, H., Chadman, K. K., McCloskey, D. P., Sheikh, A. M., Malik, M., Brown, W. T., and Li, X. (2012) Brain IL-6 elevation causes neuronal circuitry imbalances and mediates autism-like behaviors, Biochim. Biophys. Acta, 1822, 831-842, https://doi.org/10.1016/j.bbadis.2012.01.011.
  22. Kondo, S., Kohsaka, S., and Okabe, S. (2011) Long-term changes of spine dynamics and microglia after transient peripheral immune response triggered by LPS in vivo, Mol. Brain, 4, 27, https://doi.org/10.1186/1756-6606-4-27.
  23. Joseph, A. T., Bhardwaj, S. K., and Srivastava, L. K. (2018) Role of prefrontal cortex anti- and pro-inflammatory cytokines in the development of abnormal behaviors induced by disconnection of the ventral hippocampus in neonate rats, Front. Behav. Neurosci., 12, 244, https://doi.org/10.3389/fnbeh.2018.00244.
  24. Petitto, J. M., Meola, D., and Huang, Z. (2012) Interleukin-2 and the brain: dissecting central versus peripheral contributions using unique mouse models, Methods Mol. Biol., 934, 301-311, https://doi.org/10.1007/ 978-1-62703-071-7_15.
  25. Kamegai, M., Niijima, K., Kunishita, T., Nishizawa, M., Ogawa, M., Araki, M., Ueki, A., Konishi, Y., and Tabira, T. (1990) Interleukin-3 as a trophic factor for central cholinergic neurons in vitro and in vivo, Neuron, 2, 429-436.
  26. Fontaine, R. H., Cases, O., Lelièvre, V., Mesplès, B., Renauld, J. C., Loron, G., Degos, V., Dournaud, P., Baud, O., Gressens, P. (2008) IL-9/IL-9 receptor signaling selectively protects cortical neurons against developmental apoptosis, Cell Death Differ., 15, 1542-1552, https://doi.org/10.1038/cdd.2008.79.
  27. Lanfranco, M. F., Mocchetti, I., Burns, M. P., and Villapol, S. (2018) Glial- and neuronal-specific expression of CCL5 mRNA in the rat brain, Front. Neuroanat., 11, 137, https://doi.org/10.3389/fnana.2017.00137.
  28. Semple, B. D., Blomgren, K., Gimlin, K., Ferriero, D. M., and Noble-Haeusslein, L. J. (2013) Brain development in rodents and humans: identifying benchmarks of maturation and vulnerability to injury across species, Prog. Neurobiol., 106-107, 1-16, https://doi.org/10.1016/j.pneurobio.2013.04.001.
  29. Paxinos, G., and Watson, C. (1998) The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates, 4th edn., New York, NY, Academic Press.
  30. Schmittgen, T. D., Livak, K. J. (2008) Analyzing real-time PCR data by the comparative C(T) method, Nat. Protoc., 3, 1101-1108, https://doi.org/10.1038/nprot.2008.73.
  31. Анохин П. К., Проскурякова Т. В., Шохонова В. А., Кохан В. С., Тарабарко И. Е., Шамакина И. Ю. (2023) Половые различия в аддиктивном поведении взрослых крыс: эффекты пренатальной алкоголизации, Биомедицина, 19, 27-36, https://doi.org/10.33647/2074-5982-19-2-27-36.
  32. Doremus-Fitzwater, T. L., Youngentob, S. L., Youngentob, L., Gano, A., Vore, A. S., and Deak, T. (2020) Lingering effects of prenatal alcohol exposure on basal and ethanol-evoked expression of inflammatory-related genes in the CNS of adolescent and adult rats, Front. Behav. Neurosci., 14, 82, https://doi.org/10.3389/fnbeh.2020.00082.
  33. Figiel, I. (2008) Pro-inflammatory cytokine TNF-alpha as a neuroprotective agent in the brain, Acta Neurobiol. Exp. (Wars.), 68, 526-534, https://doi.org/10.55782/ane-2008-1720.
  34. Gough, P., and Myles, I. A. (2020) Tumor necrosis factor receptors: pleiotropic signaling complexes and their differential effects, Front. Immunol., 11, 585880, https://doi.org/10.3389/fimmu.2020.585880.
  35. Papazian, I., Tsoukal, A. E., Boutou, A., Karamita, M., Kambas, K., Iliopoulou, L., Fischer, R., Kontermann, R. E, Denis, M. C., Kollias, G., Lassmann, H., and Probert, L. (2021) Fundamentally different roles of neuronal TNF receptors in CNS pathology: TNFR1 and IKKβ promote microglial responses and tissue injury in demyelination while TNFR2 protects against excitotoxicity in mice, J. Neuroinflammation, 18, 222, https://doi.org/10.1186/ s12974-021-02200-4.
  36. Базовкина Д. В. Фурсенко Д. В., Першина А. В., Хоцкин Н. В., Баженова Е. Ю., Куликов А. В. (2018) Влияние нокаута гена фактора некроза опухоли на поведение и дофаминовую систему мозга у мышей, Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, 7, 745-756.
  37. Versele, R., Sevin, E., Gosselet, F., Fenart, L., and Candela, P. (2022) TNF-α and IL-1β modulate blood-brain barrier permeability and decrease amyloid-β peptide efflux in a human blood-brain barrier model, Int. J. Mol. Sci., 23, 10235, https://doi.org/10.3390/ijms231810235.
  38. Varodayan, F. P., Pahng, A. R., Davis, T. D., Gandhi, P., Bajo, M., Steinman, M. Q., Kiosses, W. B., Blednov, Y. A., Burkart, M. D., Edwards, S., Roberts, A. J., and Roberto, M. (2023) Chronic ethanol induces a pro-inflammatory switch in interleukin-1β regulation of GABAergic signaling in the medial prefrontal cortex of male mice, Brain Behav. Immun., 110, 125-139, https://doi.org/10.1016/j.bbi.2023.02.020.
  39. Koo, J. W., and Duman, R. S. (2009) Interleukin-1 receptor null mutant mice show decreased anxiety-like behavior and enhanced fear memory, Neurosci. Lett., 456, 39-43, https://doi.org/10.1016/j.neulet.2009.03.068.
  40. Jones, M., Lebonville, C., Barrus, D., and Lysle, D. T. (2015) The role of brain interleukin-1 in stress-enhanced fear learning, Neuropsychopharmacology, 40, 1289-1296, https://doi.org/10.1038/npp.2014.317.
  41. Gan, L., and Su, B. (2012) The interleukin 3 gene (IL3) contributes to human brain volume variation by regulating proliferation and survival of neural progenitors, PLoS One, 7, e50375, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0050375.
  42. Zambrano, A., Otth, C., Mujica, L., Concha, I. I., and Maccioni, R. B. (2007) Interleukin-3 prevents neuronal death induced by amyloid peptide, BMC Neurosci., 8, 82, https://doi.org/10.1186/1471-2202-8-82.
  43. Donninelli, G., Saraf-Sinik, I., Mazziotti, V., Capone, A., Grasso, M. G., Battistini, L., Reynolds, R., Magliozzi, R., and Volpe, E. (2020) Interleukin-9 regulates macrophage activation in the progressive multiple sclerosis brain, J. Neuroinflammation, 17, 149, https://doi.org/10.1186/s12974-020-01770-z.
  44. Meng, H., Niu, R., You, H., Wang, L., Feng, R., Huang, C., and Li, J. (2022) Interleukin-9 attenuates inflammatory response and hepatocyte apoptosis in alcoholic liver injury, Life Sci., 288, 120180, https://doi.org/10.1016/ j.lfs.2021.120180.
  45. Singhera, G. K., MacRedmond, R., and Dorscheid, D. R. (2008) Interleukin-9 and -13 inhibit spontaneous and corticosteroid induced apoptosis of normal airway epithelial cells, Exp. Lung Res., 34, 579-598.
  46. Erta, M., Quintana, A., and Hidalgo, J. (2012) Interleukin-6, a major cytokine in the central nervous system, Int. J. Biol. Sci., 8, 1254-1266, https://doi.org/10.7150/ijbs.4679.
  47. Hama, T., Kushima, Y., Miyamoto, M., Kubota, M., Takei, N., and Hatanaka, H. (1991) Interleukin-6 improves the survival of mesencephalic catecholaminergic and septal cholinergic neurons from postnatal, two-week-old rats in cultures, Neuroscience, 40, 445-452, https://doi.org/10.1016/0306-4522(91)90132-8.
  48. Mendonça Torres, P. M., and de Araujo, E. G. (2001) Interleukin-6 increases the survival of retinal ganglion cells in vitro, J. Neuroimmunol., 117, 43-50, https://doi.org/10.1016/s0165-5728(01)00303-4.
  49. Butterweck, V., Prinz, S., and Schwaninger, M. (2003) The role of interleukin-6 in stress-induced hyperthermia and emotional behaviour in mice, Behav. Brain Res., 144, 49-56, https://doi.org/10.1016/s0166-4328(03)00059-7.
  50. Balschun, D., Wetzel, W., Del Rey, A., Pitossi, F., Schneider, H., Zuschratter, W., and Besedovsky, H. O. (2004) Interleukin-6: a cytokine to forget, FASEB J., 18, 1788-1790, https://doi.org/10.1096/fj.04-1625fje.
  51. Mukherjee, S., Tarale, P., Sarkar, D. K. (2023) Neuroimmune interactions in fetal alcohol spectrum disorders: potential therapeutic targets and intervention strategies, Cells, 21, 2323, https://doi.org/10.3390/cells12182323.
  52. Айрапетов М. И., Ереско С. О., Бычков Е. Р., Лебедев А. А., Шабанов П. Д. (2021) Пренатальное воздействие алкоголя изменяет TLR4-опосредованную сигнализацию в префронтальной коре головного мозга у крыс, Биомедицинская химия, 67, 500-506, https://doi.org/10.18097/PBMC20216706500.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Относительный уровень экспрессии мРНК IL-1β и TNF-α в префронтальной коре контрольных и пренатально алкоголизированных самок и самцов крыс. М_К – самцы, контрольная группа; М_ПА – самцы, пренатальная алкоголизация; F_К – самки, контрольная группа; F_ПА – самки, пренатальная алкоголизация. * p < 0,05 (М_ПА относительно М_К, апостериорный тест Дункана)

Скачать (82KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024