Моделирование болезни Паркинсона на доклинической и ранней клинической стадиях
Подавляющее большинство существующих работ моделирует позднюю (терминальную) клиническую стадию БП, на которой пул ДА-ергических нейронов практически иссяк, а содержание ДА в стриатуме опускается значительно ниже порогового уровня (снижение более 80%).
Однако с точки зрения перспективы разработки доклинической диагностики и превентивного лечения БП наибольший интерес представляют модели БП именно доклинической стадии заболевания, когда дегенерация ДА-ергических нейронов началась, но не достигла порогового значения, а следовательно отсутствуют моторные нарушения. Действительно, эти модели дают уникальную возможность изучать патогенез заболевания - молекулярные механизмы нейродегенерации и нейропластичности, на ранней стадии заболевания осуществлять поиск периферических биомаркеров как основу для создания доклинической диагностики и идентифицировать новые молекулярные мишени для фармакотерапии, в первую очередь для нейропротекции. Очевидно, нейропротекторное лечение может быть эффективно, только если оно начато на доклинической стадии, т.е. в то время, когда погибла лишь незначительная часть нейронов, а не на поздней клинической, когда большая часть нейронов уже погибла. Наряду с созданием модели доклинической стадии БП необходимо моделировать и раннюю клиническую стадию БП, характеризующуюся пороговым уровнем деградации ниг- ростриатной ДА-ергической системы и первыми незначительными нарушениями моторной функции. Сравнительный анализ этих двух моделей позволит выявить молекулярные механизмы, которые играют роль триггеров нарушения моторики и могут служить новыми мишенями для фармакотерапии.Число работ, в которых моделировали бы доклиническую или раннюю клиническую стадии БП, крайне ограниченно - одни выполнены на крысах, другие - на обезьянах (Castaneda et al., 1990; Itzhak et al., 1999; Callier et al., 2001; Bezard et al., 2001; Kirchhoff et al., 2009).
В большей части работ стадию заболевания идентифицировали только по одному из ключевых показателей - по моторному поведению, или по уровню ДА в стриатуме, или по количеству ДА-ергических нейронов в ЧС. Комплексной оценки по этим трем показателям, а также дополнительно по уровню ДА в ЧС и количеству терминалей аксонов ДА-ергических нейронов в стриатуме до сих пор не проводили. Как уже упоминалось (см. раздел 1), для БП существуют строго определенные пороговые значения деградации нигростриатной ДА-ер- гической системы, при которой появляются моторные симптомы (ранняя клиническая стадия) - снижение: (а) количества тел ДА-ергических нейронов в ЧС на 45-55%, (б) числа терминалей аксонов в стриатуме на 60-70%, (в) уровня ДА в стриатуме на 60-70% по сравнению с контролем, принятым за 100%. Допороговый уровень деградации нигростриатной ДА-ергической системы при отсутствии нарушений моторной функции характерен для доклинической стадии (табл. 2).Учитывая крайне незначительное число работ, в которых были разработаны модели доклинической стадии, и практически полное отсутствие работ, в которых шло сравнение доклинической и ранней клинической стадий, в Лаборатории нервных и нейроэндокринных регуляций ИБР РАН им. Н.К. Кольцова в сотрудничестве с коллегами из Института общей патологии и патофизиологии РАМН и Института фармакологии им. Закусова РАМН были разработаны модели доклинической и ранней клинической стадий БП на мышах с использованием МФТП (Ugrumov et al., 2011, подробнее см. ниже).
Моделирование доклинических и ранней клинической стадий БП авторы статьи осуществляли на мышах линии C57/Bl6 в возрасте 2-3 месяца путем системного (подкожного) введения МФТП и через две недели проводили анализ полученного материала. В первоначальном скрининговом исследовании при однократном введении различных доз МФТП (40, 20, 16, 8 и 4 мг/кг) оценивали следующие показатели: моторное поведение, уровень ДА в ЧС и в стриатуме, количество ДА-ергических
Таблица 2
Требования к экспериментальным моделям доклинической, ранней и поздней клиническим стадиям болезни Паркинсона по состоянию дофаминергической нигростриатной системы
Состояние нигростриатной системы при однократном введении различных доз 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридина (МФТП)
МФТП - 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин; СТР - стриатум; ЧС, черная субстанция.
Достоверные различия между контрольной и опытной группой (100%): - нет различий, 1 уменьшение, t увеличение, - нет различий, + есть различия. p < 0,05.нейронов в ЧС. Нейроны идентифицировали по наличию в них тирозингидроксила- зы (ТГ), скорость лимитирующего фермента синтеза ДА (табл. 3).
Введение МФТП в дозе 40 мг/кг приводило к гибели 30% животных, у выживших мышей наблюдались нарушения моторного поведения, снижение ДА в стриатуме на 80% и потеря 72% нейронов в ЧС. При использовании МФТП в дозе 20 мг/кг у животных наблюдались изменения в поведении только по самому чувствительному тесту, при этом уровень ДА в стриатуме был снижен на 69%, а в ЧС на 41%. Из вышеизложенного следует, что с помощью МФТП в дозе 20 мг/кг можно моделировать раннюю симптомную стадию паркинсонизма, а в дозе 40 мг/кг - позднюю симптомную стадию, сопровождающуюся нередко летальным исходом (Хаиндрава и др., 2010a).
При введении МФТП в дозе 16 мг/кг у животных отсутствовали нарушения моторного поведения, концентрация ДА в стриатуме снижалась на 35% - величину вдвое меньше порогового уровня, при котором появляются нарушения моторного поведения. В ЧС отсутствовали изменения содержания ДА и тел ДА-ергических нейронов (Хаиндрава и др., 2010a; Ugrumov et al., 2011).
В отличие от эксперимента с введением МФТП в дозе 16 мг/кг, при введении МФТП в дозе 8 мг/кг только у 10 животных из 30 были обнаружены изменения в нигростриатной системе - незначительное снижение концентрации ДА в стриату- ме - на 24%, при отсутствии изменений содержания ДА в ЧС. Таким образом, при дозе 8 мг/кг развиваются те же патологические процессы, что и при дозе 16 мг/кг, но выраженные в меньшей степени и не у всех животных, причем в обоих случаях отсутствуют изменения моторного поведения, т.е. воспроизводится доклиническая стадия БП (Хаиндрава и др., 2010a; Ugrumov et al., 2011).
При введении МФТП в дозе 4 мг/кг не только отсутствовали изменения моторного поведения, но также не были обнаружены какие-либо изменения в ДА-ерги- ческой нигростриатной системе по всем использованным показателям.
Это означает, что МФТП в дозе 4 мг/кг не вызывает деградации даже аксонов - наиболее чувствительного к нейротоксинам отдела ДА-ергических нейронов (Хаиндрава и др., 2010a; Ugrumov et al., 2011).Исходя из полученных результатов, для дальнейшего моделирования досимп- томной стадии паркинсонизма была использована промежуточная доза из тех, что воспроизводили досимптомную стадию паркинсонизма у части (8 мг/кг) или у всех животных (16 мг/кг), т.е. доза 12 мг/кг. Было показано, что при однократном введении МФТП в дозе 12 мг/кг происходит падение уровня ДА на 45% и потеря половины ДА-ергических волокон в стриатуме (см. табл. 3). При этом в ЧС отсутствовали изменения содержания ДА и количества тел ДА-ергических нейронов. Эти данные подтверждают общие представления о том, что деградация нейрона начинается с аксонов и затем распространяется ретроградно до их тел. Таким образом, при введении МФТП в данной дозе поражается только наиболее чувствительная часть нигростриатной системы - ДА-ергические аксоны в стриатуме (Козина и др., 2010; Kozina et al., 2014). Вероятно, это обусловлено более высоким содержанием ДАТ на мембране терминалей аксонов, чем на телах ДА-ергических нейронов, с помощью которого МФП+ проникает в нейроны (Nirenberg et al., 1996; Sundstrom, Samuelsson, 1997). Отсюда следует, что дегенерацию тел нейронов, малочувствительных к действию нейротоксина, вероятно, можно вызвать либо путем увеличения однократной дозы нейротоксина, либо путем пролонгирования действия токсина, вводя его многократно с небольшими интервалами в относительно небольшой дозе.
При двукратном введении МФТП в разовой дозе 12 мг/кг с 2-часовым интервалом, соизмеримым со временем полужизни МФТП в общей системе циркуляции, у животных на 15-й день после инъекций отсутствовали изменения моторного поведения, однако содержания ДА в стриатуме снизилось на 60% (табл. 4). Напротив, в ЧС уровень ДА не изменился. На этом фоне в стриатуме число терминалей ДА-ергических аксонов в стриатуме сократилось на 60%, а число тел нейронов в ЧС - на 30%.
При этом наблюдается включение компенсаторных механизмов - в выживших нигростриатных нейронах значительно увеличилось содержание ДА, что является показателем увеличения его синтеза. Таким образом, данная схема введения МФТП позволяет смоделировать позднюю доклиническую стадию БП (Хаиндрава и др., 2010б; Ugrumov et al., 2011).При четырехкратном введении (с 2-часовым интервалом) МФТП в дозе 12 мг/кг наблюдались изменения моторного поведения, причем только по двум наиболее чувствительным тестам - по длине шага и длине пробега. Снижение содержания ДА в стриатуме в этом эксперименте незначительно превысило пороговый уровень - 75%, при котором у человека при БП появляются первые моторные симптомы (Bernheimer et al., 1973). При этом число ДА-ергических волокон в стриатуме снизилось на 68%, а тел нейронов ЧС - на 43%, хотя содержание ДА в ЧС не изменилось. При пересчете на количество выживших ДА-ергических нейронов как для дозы МФТП 2^12 мг/кг, так и 4x12 мг/кг, внутринейрональное содержание ДА
Состояние нигростриатной дофаминергической системы при моделировании доклинической и ранней клинической стадий болезни Паркинсона
БП - болезнь Паркинсона; МАО - моноаминоксидаза; МФТП - 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидро- пиридин; СТР - стриатум; ТГ - тирозингидроксилаза; ЧС - черная субстанция.
Достоверные различия между контрольной и опытной группой (100%): —> Нет различий, J, уменьшение, t увеличение по сравнению с контролем. «&- нет различий между стадиями, \ снижение параметра на симптомной стадии по сравнению с досимптомной, I увеличение параметра на сипмтомной стадии по сравнению с досимптомной. p < 0,05.
компенсаторно увеличивается более чем на 70% (Хаиндрава и др., 20106; Ugrumov et al., 2011).
Таким образом, на мышах были смоделированы несколько стадий БП: ранняя доклиническая стадия, поздняя доклиническая стадия и ранняя симптомная стадия.
5.2.
Еще по теме Моделирование болезни Паркинсона на доклинической и ранней клинической стадиях:
- Десимпатизация сердца на моделях доклинической и ранней клинической стадий болезни Паркинсона
- Состояние нигростриатной дофаминергической системы на моделях доклинической и ранней клинической стадий болезни Паркинсона
- Изменения парадоксального сна на доклинической и клинической стадии у животных и при болезни Паркинсона у человека
- Альфа-синуклеин и современная классификация доклинических и клинических стадий болезни Паркинсона
- Характеристика дегенерации дофаминергических нейроновнигростриатной системы во времени на модели ранней клинической стадии болезни Паркинсона
- Немоторные проявления на различных стадиях болезни Паркинсона
- Течение болезни Паркинсона, потенциальные маркеры доклинических стадий
- Оценка периферических проявлений болезни Паркинсона - новый подход к созданию доклинической диагностики
- Моделирование болезни Паркинсона на грызунах
- Введение. Болезнь Паркинсона - требования к экспериментальному моделированию