Изучение нейровоспаления в гиппокампе крыс при воздействии этанола и фармакологической коррекции азитромицином: новые данные и перспективы на будущее

Аннотация

При длительном поступлении этанола в организм развиваются нарушения в эмоциональном спектре, отмечаются проблемы с памятью. Эти симптомы могут быть опосредованы развитием нейрохимических изменений в гиппокампе головного мозга. Несмотря на наличие данных, свидетельствующих об уязвимости гиппокампа при хронической алкогольной интоксикации и развитии в этой области мозга нейровоспаления и нейродегенерации, ключевые молекулярные механизмы не определены. Цель исследования заключалась в изучении изменений со стороны иммунной системы на периферии, а также в гиппокампе головного мозга крыс при воздействии этанола и при фармакологической коррекции этих изменений азитромицином (АЗМ). Моделирование длительного воздействия этанола было выполнено путем введения крысам 20%‑ного раствора этанола (4 г/кг) на протяжении 4‑х недель. Был выполнен общий биохимический и клинический анализ крови у животных. В гиппокампе оценивали уровень экспрессии генов цитокинов (Il1β, Ccl2, Il6, Il11, Il13, Tnfα, Tgfβ) и генов системы toll-подобных рецепторов (Tlr3, Tl4, Tlr7, Nfkb1, Hmgb1) и связанных с системой TLR молекул микроРНК (miR‑182, miR‑155‑5p, miR‑96‑5p, miR‑let‑7b). Также оценивали в гиппокампе содержание белка IL‑1β. Длительная алкоголизация вызвала повышение уровней мРНК и белка IL‑1β, снижение уровня мРНК TNFα, IL11, TLR3 и TLR7. Содержание miR‑let‑7b, miR‑96, miR‑155 было понижено в гиппокампе при длительной алкоголизации. В условиях отмены этанола сохранялся повышенный уровень мРНК и белка IL‑1β и уровень мРНК Hmgb1. Уровень мРНК Tlr3 при отмене был снижен. Введение АЗМ позволило снизить в условиях отмены этанола уровни мРНК Il1β, Tlr3 и Hmgb1, а при более высоких дозировках препарата было отмечено снижение уровня белка IL‑1β в гиппокампе мозга крыс. Таким образом, наше исследование позволило получить новые сведения о механизмах развития нейровоспаления в гиппокампе мозга при длительном воздействии этанола и при его отмене. Полученные результаты позволили наметить ряд задач для последующих исследований в этом направлении.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Вклад авторов

Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией. Вклад каждого автора: М.И. Айрапетов, С.О. Ереско, С.А. Шамаева, Е.Р. Бычков – получение и анализ данных, подготовка и написание статьи; А.А. Лебедев, П.Д. Шабанов – разработка общей концепции исследования, подготовка финальной версии статьи.

Финансирование

Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБНУ «ИЭМ» FGWG-2024-0015: «Нейробиологические механизмы патогенеза социально-значимых заболеваний и посттравматических расстройств. Новые подходы к моделированию патологических процессов и коррекции нарушений».

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Все процедуры, выполненные в исследованиях с участием животных, соответствовали этическим стандартам учреждения, в котором проводились исследования, и утвержденным правовым актам РФ и международных организаций. Работа рассмотрена и одобрена Этическим комитетом в области исследований на животных СПбГУ (заключение № 131-03-8 от 29.04.2024 г.).

Список литературы

1. Crews, F. T., Lawrimore, C. J., Walter, T. J., and Coleman, L. G. Jr. (2017) The role of neuroimmune signaling in alcoholism, Neuropharmacology, 122, 56-73, https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2017.01.031.

2. Airapetov, M., Eresko, S., Lebedev, A., Bychkov, E., and Shabanov, P. (2021) The role of Toll-like receptors in neurobiology of alcoholism, Biosci. Trends, 15, 74-82, https://doi.org/10.5582/bst.2021.01041.

3. Guerri, C., and Pascual, M. (2019) Impact of neuroimmune activation induced by alcohol or drug abuse on adolescent brain development, Int. J. Dev. Neurosci., 77, 89-98, https://doi.org/10.1016/j.ijdevneu.2018.11.006.

4. Anand, S. K., Ahmad, M. H., Sahu, M. R., Subba, R., and Mondal, A. C. (2023) Detrimental effects of alcohol-induced inflammation on brain health: from neurogenesis to neurodegeneration, Cell. Mol. Neurobiol., 43, 1885-1904, https://doi.org/10.1007/s10571-022-01308-2.

5. Coleman, L. G., Zou, J., and Crews, F. T. (2017) Microglial-derived miRNA let-7 and HMGb1 contribute to ethanol-induced neurotoxicity via TLR7, J. Neuroinflamm., 14, 1-15, https://doi.org/10.1186/s12974-017-0799-4.

6. Arts, N. J., Walvoort, S. J., and Kessels, R. P. (2017) Korsakoff’s syndrome: a critical review, Neuropsychi. Dis. Treat., 13, 2875-2890, https://doi.org/10.2147/NDT.S130078.

7. Шабанов, П. Д. (1985) Экспериментальные нарушения памяти и их фармакологическая коррекция, Вестн. АМН СССР, 9, 31-38.

8. Григоренко А. Я., Афанасьев В. В., Бабаханян Р. В. (2007) Хроническая алкогольная интоксикация, Издательство Р. Асланова «Юридический центр Пресс», СПб.

9. Корсаков С. С. (1887) Об алкогольном параличе, Диссертация, Москва.

10. Шабанов П. Д., Бородкин Ю. С. (1989) Нарушения памяти и их коррекция, Наука, Ленинград.

11. Цыганков Б. Д., Овсянников С. А. (2011) Психиатрия, ГЭОТАР-Медиа, Москва.

12. Crews, F. T., Qin, L., Sheedy, D., Vetreno, R. P., and Zou, J. (2013) HMGB1/TLR receptor danger signaling increases brain neuroimmune activation in alcohol dependence, Biol. Psychiatry, 73, 602-612, https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2012.09.030.

13. Crews, F. T., Walter, T. J., Coleman, L. G., and Vetreno, R. P. (2017) Toll-like receptor signaling and stages of addiction, Psychopharmacology (Berl), 234, 1483-1498, https://doi.org/10.1007/s00213-017-4560-6.

14. Кокряков В. Н. (2006) Очерки о врожденном иммунитете, Наука, СПб.

15. Лебедев К. А., Понякина И. Д. (2017) Иммунология образраспознающих рецепторов, Ленанд, Москва.

16. Ноздрачев А. Д., Лебедев А. А., Шабанов П. Д. (2000) Организация подкрепляющих систем мозга, Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 3. Биология, 4, 62-76.

17. Шабанов П. Д., Лебедев А. А. (2001) Подкрепляющие системы мозга: локализация, нейрохимическая организация, участие в формировании зависимости от психостимуляторов, Психофармакология и биологическая наркология, 1, 13-26.

18. Becker H. C. (2014) Alcohol and the Nervous System, Handbook of Clinical Neurology, Elsevier, Amsterdam.

19. Ramarao, S., Pang, Y., Carter, K., and Bhatt, A. (2022) Azithromycin protects oligodendrocyte progenitor cells against lipopolysaccharide-activated microglia-induced damage, Dev. Neurosci., 44, 1-12, https://doi.org/10.1159/000519874.

20. Lin, S. J., Kuo, M. L., Hsiao, H. S., and Lee, P. T. (2016) Azithromycin modulates immune response of human monocyte-derived dendritic cells and CD4⁺ T cells, Int. Immunopharmacol., 40, 318-326, https://doi.org/10.1016/j.intimp.2016.09.012.

21. Barks, J. D. E., Liu, Y., Wang, L., Pai, M. P., and Silverstein, F. S. (2019) Repurposing azithromycin for neonatal neuroprotection, Pediatr. Res., 86, 444-451, https://doi.org/10.1038/s41390-019-0408-6.

22. Kopper, T. J., and Gensel, J. C. (2021) Continued development of azithromycin as a neuroprotective therapeutic for the treatment of spinal cord injury and other neurological conditions, Neural Regen. Res., 16, 508-509, https://doi.org/10.4103/1673-5374.293146.

23. McMahan, R. H., Najarro, K. M., Mullen, J. E., Paul, M. T., Orlicky, D. J., Hulsebus, H. J., and Kovacs, E. J. (2021) A novel murine model of multi-day moderate ethanol exposure reveals increased intestinal dysfunction and liver inflammation with age, Immun. Ageing, 18, 37, https://doi.org/10.1186/s12979-021-00247-8.

24. Coleman, L. G. Jr., Zou, J., Qin, L., and Crews, F. T. (2018) HMGB1/IL-1b complexes regulate neuroimmune responses in alcoholism, Brain Behav. Immun., 72, 61-77, https://doi.org/10.1016/j.bbi.2017.10.027.

25. Tucker, A. E., Alicea Pauneto, C. D. M., Barnett, A. M., and Coleman, L. G. Jr. (2022) Chronic ethanol causes persistent increases in Alzheimer’s tau pathology in female 3xTg-AD mice: a potential role for lysosomal impairment, Front. Behav. Neurosci., 16, 886634, https://doi.org/10.3389/fnbeh.2022.886634.

26. Paxinos G., and Watson C. (2017) The Rat brain in Stereotaxic Coordinates, Academic Press, Sydney.

27. Shi, R., Sun, Y. H., Zhang, X. H., Chiang, V. L. (2012) Poly(T) adaptor RT-PCR, Methods Mol. Biol., 822, 53-66, https://doi.org/10.1007/978-1-61779-427-8_4.

28. Буров Ю. В., Ведерникова Н. Н. (1985) Нейрохимия и фармакология алкоголизма, Медицина, Москва.

29. Ветлугина Т. П., Прокопьева В. Д., Бохан Н. А. (2023) Биологические основы адъювантной терапии алкоголизма, Издательство Томского государственного университета, Томск.

30. Газатова Н. Д., Юрова К. А., Гаврилов Д. В., Литвинова Л. С. (2018) Алкоголь и иммунитет, Гены Клетки, 13, 47-55.

31. Цыган В. Н., Акперов Э. К., Востриков В. В., Шабанов П. Д. (2007) Иммунные дисфункции у наркозависимых и способы их коррекции, Обзоры Клин. Фармакол. Лек. Тер., 5, 2-81.

32. Priyanka, S. H., Thushara, A. J., Rauf, A. A., and Indira, M. (2019) Alcohol induced NLRP3 inflammasome activation in the brain of rats is attenuated by ATRA supplementation, Brain Behav. Immun. Health, 2, 100024, https://doi.org/10.1016/j.bbih.2019.100024.

33. Alfonso-Loeches, S., Pascual-Lucas, M., Blanco, A. M., Sanchez-Vera, I., and Guerri, C. (2010) Pivotal role of TLR4 receptors in alcohol-induced neuroinflammation and brain damage, J. Neurosci., 30, 8285-8295, https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0976-10.2010.

34. Кетлинский С. А., Симбирцев А. С. (2008) Цитокины, Фолиант, СПб.

35. Airapetov, M., Eresko, S., Ignatova, P., Lebedev, A., Bychkov, E., and Shabanov, P. (2022) A brief summary regarding the roles of interleukin-11 in neurological diseases, Biosci. Trends, 16, 367-370, https://doi.org/10.5582/bst.2022.01331.

36. Airapetov, M. I., Eresko, S. O., Kochkin, D. V., Bychkov, E. R., Lebedev, A. A., and Shabanov, P. D. (2022) Ginsenosides affect the system of Toll-like receptors in the brain of rats under conditions of long-term alcohol withdrawal, Biomed. Khim., 68, 459-469, https://doi.org/10.18097/PBMC20226806459.

37. Airapetov, M., Eresko, S., Ignatova, P., Lebedev, A., Bychkov, E., and Shabanov, P. (2024) Effect of rifampicin on TLR4-signaling pathways in the nucleus accumbens of the rat brain during abstinence of long-term alcohol treatment, Alcohol Alcohol., 59, agae016, https://doi.org/10.1093/alcalc/agae016.

38. Айрапетов М. И., Ереско С. О., Бычков Е. Р., Лебедев А. А., Шабанов П. Д. (2020) Уровень экспрессии toll-подобных рецепторов изменяется в эмоциогенных структурах мозга крыс в условиях длительной алкоголизации и при отмене этанола, Мед. Иммунол., 22, 77-86, https://doi.org/10.15789/1563-0625-EOT-1836.

39. Lim, Y., Beane-Ebel, J. E., and Tanaka, Y. (2021) Exploration of alcohol use disorder-associated brain miRNA-mRNA regulatory networks, Transl. Psychiatry, 11, 504, https://doi.org/10.1038/s41398-021-01635-w.

40. Lehmann, S. M., Krüger, C., Park, B., Derkow, K., Rosenberger, K., Baumgart, J., Trimbuch, T., Eom, G., Hinz, M., Kaul, D., Habbel, P., Kälin, R., Franzoni, E., Rybak, A., Nguyen, D., Veh, R., Ninnemann, O., Peters, O., Nitsch, R., Heppner, F. L., Golenbock, D., Schott, E., Ploegh, H. L., Wulczyn, F. G., and Lehnardt, S. (2012) An unconventional role for miRNA: let-7 activates Toll-like receptor 7 and causes neurodegeneration, Nat. Neurosci., 15, 827-835, https://doi.org/10.1038/nn.3113.

41. Lippai, D., Bala, S., Csak, T., Kurt-Jones, E. A., and Szabo, G. (2013) Chronic alcohol-induced microRNA-155 contributes to neuroinflammation in a TLR4-dependent manner in mice, PLoS One, 8, e70945, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0070945.

42. Ureña-Peralta, J. R., Alfonso-Loeches, S., Cuesta-Diaz, C. M., García-García, F., and Guerri, C. (2018) Deep sequencing and miRNA profiles in alcohol-induced neuroinflammation and the TLR4 response in mice cerebral cortex, Sci. Rep., 8, 15913, https://doi.org/10.1038/s41598-018-34277-y.

43. Ureña-Peralta, J. R., Pérez-Moraga, R., García-García, F., and Guerri, C. (2020) Lack of TLR4 modifies the miRNAs profile and attenuates inflammatory signaling pathways, PLoS One, 15, 0237066, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0237066.

44. DiSabato, D. J., Nemeth, D. P., Liu, X., Witcher, K. G., O’Neil, S. M., Oliver, B., Bray, C. E., Sheridan, J. F., Godbout, J. P., and Quan, N. (2021) Interleukin-1 receptor on hippocampal neurons drives social withdrawal and cognitive deficits after chronic social stress, Mol. Psychiatry, 26, 4770-4782, https://doi.org/10.1038/s41380-020-0788-3.

45. Pawley, L. C., Hueston, C. M., O’Leary, J. D., Kozareva, D. A., Cryan, J. F., O’Leary, O. F., and Nolan, Y. M. (2020) Chronic intrahippocampal interleukin-1b overexpression in adolescence impairs hippocampal neurogenesis but not neurogenesis-associated cognition, Brain Behav. Immun., 83, 172-179, https://doi.org/10.1016/j.bbi.2019.10.007.

46. Prieto, G. A., Tong, L., Smith, E. D., and Cotman, C. W. (2019) TNFα and IL-1b but not IL-18 suppresses hippocampal long-term potentiation directly at the synapse, Neurochem. Res., 44, 49-60, https://doi.org/10.1007/s11064-018-2517-8.

47. Vijayaraj, S. L., Feltham, R., Rashidi, M., Frank, D., Liu, Z., Simpson, D. S., Ebert, G., Vince, A., Herold, M. J., Kueh, A., Pearson, J. S., Dagley, L. F., Murphy, J. M., Webb, A. I., Lawlor, K. E., and Vince, J. E. (2021) The ubiquitylation of IL-1b limits its cleavage by caspase-1 and targets it for proteasomal degradation, Nat. Commun., 12, 2713, https://doi.org/10.1038/s41467-021-22979-3.

48. Tong, Z., Yang, X., and Li, J. (2022) Research progress on the mechanism of interleukin-1b on epiphyseal plate chondrocytes, Eur. J. Med. Res., 27, 313, https://doi.org/10.1186/s40001-022-00893-8.

49. Kalb, D. M., Adikari, S. H., Hong-Geller, E., and Werner, J. H. (2019) Single-cell correlations of mRNA and protein content in a human monocytic cell line after LPS stimulation, PLoS One, 14, e0215602, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0215602.