Влияние агониста PPARγ пиоглитазона на поведение крыс и экспрессию генов, связанных с эпилептогенезом, в латентной фазе литий-пилокарпиновой модели

Аннотация

Эпилепсия – тяжёлое хроническое заболевание, резистентное к терапии у 30% пациентов, что требует поиска новых подходов к лечению. В основе эпилептогенеза лежит нарушение взаимодействия между метаболическими путями и нейрональной сигнализацией. Перспективными мишенями являются ядерные рецепторы, активируемые пролифераторами пероксисом (PPAR), интегрирующие метаболические и противовоспалительные сигналы. Целью работы была оценка влияния агониста PPARγ пиоглитазона на комплекс проявлений эпилептогенеза: поведение, а также экспрессию генов, вовлечённых в регуляцию эпилептогенеза в латентной фазе литий-пилокарпиновой модели у крыс. Исследование проводили на 8‑недельных самцах крыс Wistar, разделённых на контрольные и экспериментальные группы. Пиоглитазон вводили в дозе 7 мг/кг после эпилептического статуса, затем 1 мг/кг/сутки в течение 7 дней. На 8–9‑е сутки оценивали двигательную и социальную активность в тестах «Открытое поле» и «Социальный тест». На 10‑е сутки методом ОТ‑ПЦР в реальном времени анализировали экспрессию генов маркеров активации и различных состояний астро- и микроглии, цитокинов, нейротрофических факторов и субъединиц глутаматных рецепторов в дорзальном гиппокампе и височной коре. Показано, что пиоглитазон частично ослаблял социальный дефицит, вызванный пилокарпином. В мозге крыс с моделью эпилепсии выявлено усиление экспрессии генов активации глии (Gfap, Aif1) и цитокинов (Il1b, Il1rn). Пиоглитазон не оказывал значимого влияния на эти изменения. При этом препарат предотвращал вызванное пилокарпином снижение экспрессии гена субъединицы NMDA-рецептора Grin2b в дорзальном гиппокампе. Полученные данные свидетельствуют, что в использованных дозах пиоглитазон не оказывает выраженного системного противовоспалительного действия, но избирательно модулирует транскрипцию генов, связанных с синаптическим гомеостазом, и смягчает поведенческий дефицит. Активация PPARγ как метаболического сенсора в латентную фазу эпилептогенеза может способствовать стабилизации нейрональных транскрипционных программ, что открывает перспективы для таргетной коррекции метаболических нарушений при эпилепсии.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

# Авторы внесли равный вклад в работу.

Дополнительные материалы

Приложение

Вклад авторов

А.Р. Харисова – проведение экспериментов, обработка результатов, подготовка иллюстраций, написание и редактирование статьи. О.Е. Зубарева – концепция, обработка результатов, написание и редактирование статьи. Д.С. Синяк – проведение экспериментов, статистический анализ и подготовка иллюстраций. А.А. Коваленко – проведение экспериментов, редактирование статьи. А.В. Зайцев – концепция и научное руководство, редактирование статьи.

Финансирование

Работа выполнена по теме государственного задания НИР 075-00263-25-00.

Благодарности

Авторы благодарят А.И. Рогинскую за помощь в проведении экспериментов.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Исследование проводилось в соответствии с Директивой ЕС 2010/63/ЕС для экспериментов на животных и одобрено Комитетом по этике Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН (этическое разрешение № 1–16, 26 января 2023 года).

Список литературы

1. Sultana, B., Panzini, M.-A., Veilleux Carpentier, A., Comtois, J., Rioux, B., Gore, G., Bauer, P. R., Kwon, C.-S., Jetté, N., Josephson, C. B., and Keezer, M. R. (2021) Incidence and prevalence of drug-resistant epilepsy: a systematic review and meta-analysis, Neurology, 96, 805-817, https://doi.org/10.1212/WNL.0000000000011839.

2. Becker, A. J. (2018) Review: Animal models of acquired epilepsy: insights into mechanisms of human epileptogenesis, Neuropathol. Appl. Neurobiol., 44, 112-129, https://doi.org/10.1111/nan.12451.

3. Rho, J. M., and Boison, D. (2022) The metabolic basis of epilepsy, Nat. Rev. Neurol., 18, 333-347, https://doi.org/10.1038/s41582-022-00651-8.

4. Alyu, F., and Dikmen, M. (2017) Inflammatory aspects of epileptogenesis: contribution of molecular inflammatory mechanisms, Acta Neuropsychiatr., 29, 1-16, https://doi.org/10.1017/neu.2016.47.

5. Boison, D., and Steinhäuser, C. (2018) Epilepsy and astrocyte energy metabolism, Glia, 66, 1235-1243, https://doi.org/10.1002/glia.23247.

6. Villasana-Salazar, B., and Vezzani, A. (2023) Neuroinflammation microenvironment sharpens seizure circuit, Neurobiol. Dis., 178, 106027, https://doi.org/10.1016/j.nbd.2023.106027.

7. Fan, Y. Y., and Huo, J. (2021) A1/A2 astrocytes in central nervous system injuries and diseases: angels or devils? Neurochem. Int., 148, 105080, https://doi.org/10.1016/j.neuint.2021.105080.

8. Tang, Y., and Le, W. (2016) Differential roles of M1 and M2 microglia in neurodegenerative diseases, Mol. Neurobiol., 53, 1181-1194, https://doi.org/10.1007/s12035-014-9070-5.

9. Blanquart, C., Barbier, O., Fruchart, J. C., Staels, B., and Glineur, C. (2003) Peroxisome proliferator-activated receptors: regulation of transcriptional activities and roles in inflammation, J. Steroid Biochem. Mol. Biol., 85, 267-273, https://doi.org/10.1016/s0960-0760(03)00214-0.

10. Knowles, S., Budney, S., Deodhar, M., Matthews, S. A., Simeone, K. A., and Simeone, T. A. (2018) Ketogenic diet regulates the antioxidant catalase via the transcription factor PPARγ2, Epilepsy Res., 147, 71-74, https://doi.org/10.1016/j.eplepsyres.2018.09.009.

11. Adabi Mohazab, R., Javadi-Paydar, M., Delfan, B., and Dehpour, A. R. (2012) Possible involvement of PPAR-gamma receptor and nitric oxide pathway in the anticonvulsant effect of acute pioglitazone on pentylenetetrazole-induced seizures in mice, Epilepsy Res., 101, 28-35, https://doi.org/10.1016/j.eplepsyres.2012.02.015.

12. Abdelbasset, W. K., Jasim, S. A., Rudiansyah, M., Huldani, H., Margiana, R., Jalil, A. T., Mohammad, H. J., Ridha, H. S., and Yasin, G. (2022) Treatment of pilocarpine-induced epileptic seizures in adult male mice, Braz. J. Biol., 84, e260091, https://doi.org/10.1590/1519-6984.260091.

13. Arteaga, O., Revuelta, M., Urigüen, L., Álvarez, A., Montalvo, H., and Hilario, E. (2015) Pretreatment with resveratrol prevents neuronal injury and cognitive deficits induced by perinatal hypoxia-ischemia in rats, PLoS One, 10, e0142424, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0142424.

14. Kaplan, J., Nowell, M., Chima, R., and Zingarelli, B. (2014) Pioglitazone reduces inflammation through inhibition of NF-κB in polymicrobial sepsis, Innate Immunity, 20, 519-528, https://doi.org/10.1177/1753425913501565.

15. Muzio, G., Barrera, G., and Pizzimenti, S. (2021) Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) and oxidative stress in physiological conditions and in cancer, Antioxidants (Basel), 10, 1734, https://doi.org/10.3390/antiox10111734.

16. Salehi-Sadaghiani, M., Javadi-Paydar, M., Gharedaghi, M. H., Zandieh, A., Heydarpour, P., Yousefzadeh-Fard, Y., and Dehpour, A. R. (2012) NMDA receptor involvement in antidepressant-like effect of pioglitazone in the forced swimming test in mice, Psychopharmacology, 223, 345-355, https://doi.org/10.1007/s00213-012-2722-0.

17. Kovalenko, A. A., Zakharova, M. V., Zubareva, O. E., Schwarz, A. P., Skorik, Y. A., and Zaitsev, A. V. (2025) Fenofibrate as a PPARα agonist modulates neuroinflammation and glutamate receptors in a rat model of temporal lobe epilepsy: region-specific effects and behavioral outcomes, Int. J. Mol. Sci., 26, 9054, https://doi.org/10.3390/ijms26189054.

18. Racine, R. J. (1972) Modification of seizure activity by electrical stimulation. II. Motor seizure, Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol., 32, 281-294, https://doi.org/10.1016/0013-4694(72)90177-0.

19. Dyomina, A. V., Zubareva, O. E., Smolensky, I. V., Vasilev, D. S., Zakharova, M. V., Kovalenko, A. A., Schwarz, A. P., Ischenko, A. M., and Zaitsev, A. V. (2020) Anakinra reduces epileptogenesis, provides neuroprotection, and attenuates behavioral impairments in rats in the lithium-pilocarpine model of epilepsy, Pharmaceuticals (Basel), 13, 340, https://doi.org/10.3390/ph13110340.

20. Hung, T.-Y., Chu, F.-L., Wu, D. C., Wu, S.-N., and Huang, C.-W. (2019) The protective role of peroxisome proliferator-activated receptor-gamma in seizure and neuronal excitotoxicity, Mol. Neurobiol., 56, 5497-5506, https://doi.org/10.1007/s12035-018-1457-2.

21. Wang, N., Mi, X., Gao, B., Gu, J., Wang, W., Zhang, Y., and Wang, X. (2015) Minocycline inhibits brain inflammation and attenuates spontaneous recurrent seizures following pilocarpine-induced status epilepticus, Neuroscience, 287, 144-156, https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2014.12.021.

22. Shafaroodi, H., Moezi, L., Ghorbani, H., Zaeri, M., Hassanpour, S., Hassanipour, M., and Dehpour, A. R. (2012) Sub-chronic treatment with pioglitazone exerts anti-convulsant effects in pentylenetetrazole-induced seizures of mice: the role of nitric oxide, Brain Res. Bull., 87, 544-550, https://doi.org/10.1016/j.brainresbull.2012.02.001.

23. Paxinos, G., and Watson, C. (2007) The Rat Brain Stereotaxic Co-Ordinates, Academic Press, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-547620-1.50006-0.

24. Zubareva, O. E., Dyomina, A. V., Kovalenko, A. A., Roginskaya, A. I., Melik-Kasumov, T. B., Korneeva, M. A., Chuprina, A. V., Zhabinskaya, A. A., Kolyhan, S. A., Zakharova, M. V., Gryaznova, M. O., and Zaitsev, A. V. (2023) Beneficial effects of probiotic bifidobacterium longum in a lithium-pilocarpine model of temporal lobe epilepsy in rats, Int. J. Mol. Sci., 24, https://doi.org/10.3390/ijms24098451.

25. Livak, K. J., and Schmittgen, T. D. (2001) Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2^−ΔΔCT method, Methods, 25, 402-408, https://doi.org/10.1006/meth.2001.1262.

26. Smolensky, I. V., Zubareva, O. E., Kalemenev, S. V., Lavrentyeva, V. V., Dyomina, A. V., Karepanov, A. A., and Zaitsev, A. V. (2019) Impairments in cognitive functions and emotional and social behaviors in a rat lithium-pilocarpine model of temporal lobe epilepsy, Behav. Brain Res., 372, 112044, https://doi.org/10.1016/j.bbr.2019.112044.

27. Suleymanova, E. M., Gulyaev, M. V., and Abbasova, K. R. (2016) Structural alterations in the rat brain and behavioral impairment after status epilepticus: an MRI study, Neuroscience, 315, 79-90, https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2015.11.061.

28. Hussein, H. A., Moghimi, A., and Roohbakhsh, A. (2019) Anticonvulsant and ameliorative effects of pioglitazone on cognitive deficits, inflammation and apoptosis in the hippocampus of rat pups exposed to febrile seizure, Iran. J. Basic Med. Sci., 22, 267-276, https://doi.org/10.22038/ijbms.2019.35056.8339.

29. Xu, Z., Xue, T., Zhang, Z., Wang, X., Xu, P., Zhang, J., Lei, X., Li, Y., Xie, Y., Wang, L., Fang, M., and Chen, Y. (2011) Role of signal transducer and activator of transcription-3 in up-regulation of GFAP after epilepsy, Neurochem. Res., 36, 2208-2215, https://doi.org/10.1007/s11064-011-0576-1.

30. Flores-Cuadrado, A., Saiz-Sanchez, D., Mohedano-Moriano, A., Lamas-Cenjor, E., Leon-Olmo, V., Martinez-Marcos, A., and Ubeda-Bañon, I. (2021) Astrogliosis and sexually dimorphic neurodegeneration and microgliosis in the olfactory bulb in Parkinson’s disease, NPJ Parkinson’s Dis., 7, 11, https://doi.org/10.1038/s41531-020-00154-7.

31. Mukherjee, S., Arisi, G. M., Mims, K., Hollingsworth, G., O’Neil, K., and Shapiro, L. A. (2020) Neuroinflammatory mechanisms of post-traumatic epilepsy, J. Neuroinflamm., 17, 193, https://doi.org/10.1186/s12974-020-01854-w.

32. Zubareva, O. E., Kharisova, A. R., Roginskaya, A. I., Kovalenko, A. A., Zakharova, M. V., Schwarz, A. P., Sinyak, D. S., and Zaitsev, A. V. (2024) PPARbeta/delta agonist GW0742 modulates microglial and astroglial gene expression in a rat model of temporal lobe epilepsy, Int. J. Mol. Sci., 25, https://doi.org/10.3390/ijms251810015.

33. Sanz, P., Rubio, T., and Garcia-Gimeno, M. A. (2024) Neuroinflammation and epilepsy: from pathophysiology to therapies based on repurposing drugs, Int. J. Mol. Sci., 25, 4161, https://doi.org/10.3390/ijms25084161.

34. San, Y.-Z., Liu, Y., Zhang, Y., Shi, P.-P., and Zhu, Y.-L. (2015) Peroxisome proliferator-activated receptor-γ agonist inhibits the mammalian target of rapamycin signaling pathway and has a protective effect in a rat model of status epilepticus, Mol. Med. Rep., 12, 1877-1883, https://doi.org/10.3892/mmr.2015.3641.

35. Sun, H., Huang, Y., Yu, X., Li, Y., Yang, J., Li, R., Deng, Y., and Zhao, G. (2008) Peroxisome proliferator-activated receptor gamma agonist, rosiglitazone, suppresses CD40 expression and attenuates inflammatory responses after lithium pilocarpine-induced status epilepticus in rats, Int. J. Dev. Neurosci., 26, 505-515, https://doi.org/10.1016/j.ijdevneu.2008.01.009.

36. Dubbelaar, M. L., Kracht, L., Eggen, B. J. L., and Boddeke, E. W. G. M. (2018) The kaleidoscope of microglial phenotypes, Front. Immunol., 9, 1753, https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.01753.

37. Ding, Y., Wang, Y., Qi, M., Zhang, X., and Wu, D. (2025) Pioglitazone modulates microglia M1/M2 polarization through PPAR-γ pathway and exerts neuroprotective effects in experimental subarachnoid hemorrhage, Mol. Neurobiol., 62, 5930-5946, https://doi.org/10.1007/s12035-024-04664-w.

38. Hong, S., Xin, Y., HaiQin, W., GuiLian, Z., Ru, Z., ShuQin, Z., HuQing, W., Li, Y., and Yun, D. (2012) The PPARγ agonist rosiglitazone prevents cognitive impairment by inhibiting astrocyte activation and oxidative stress following pilocarpine-induced status epilepticus, Neurol. Sci., 33, 559-566, https://doi.org/10.1007/s10072-011-0774-2.

39. Ren, X., Li, Y.-F., Pei, T.-W., Wang, H.-S., Wang, Y.-H., and Chen, T. (2024) Rosiglitazone regulates astrocyte polarization and neuroinflammation in a PPAR-γ dependent manner after experimental traumatic brain injury, Brain Res. Bull., 209, 110918, https://doi.org/10.1016/j.brainresbull.2024.110918.

40. Pohlentz, M. S., Müller, P., Cases-Cunillera, S., Opitz, T., Surges, R., Hamed, M., Vatter, H., Schoch, S., Becker, A. J., and Pitsch, J. (2022) Characterisation of NLRP3 pathway-related neuroinflammation in temporal lobe epilepsy, PLoS One, 17, e0271995, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0271995.

41. Kharisova, A. R., Roginskaya, A. I., and Zubareva, O. E. (2024) Effect of cardarine on gene expression of proteins involved in epileptogenesis in rat hippocampus in the lithium-pilocarpine model of temporal lobe epilepsy, J. Evol. Biochem. Physiol., 60, 1064-1081, https://doi.org/10.1134/S0022093024030177.

42. Peng, J., Wang, K., Xiang, W., Li, Y., Hao, Y., and Guan, Y. (2019) Rosiglitazone polarizes microglia and protects against pilocarpine-induced status epilepticus, CNS Neurosci. Ther., 25, 1363-1372, https://doi.org/10.1111/cns.13265.

43. Dahal, A., Govindarajan, K., and Kar, S. (2023) Administration of kainic acid differentially alters astrocyte markers and transiently enhanced phospho-tau level in adult rat hippocampus, Neuroscience, 516, 27-41, https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2023.02.010.

44. Genzer, Y., Dadon, M., Burg, C., Chapnik, N., and Froy, O. (2016) Effect of dietary fat and the circadian clock on the expression of brain-derived neurotrophic factor (BDNF), Mol. Cell Endocrinol., 430, 49-55, https://doi.org/10.1016/j.mce.2016.04.015.

45. Martínez-Levy, G. A., Rocha, L., Rodríguez-Pineda, F., Alonso-Vanegas, M. A., Nani, A., Buentello-García, R. M., Briones-Velasco, M., San-Juan, D., et al. (2018) Increased expression of brain-derived neurotrophic factor transcripts I and VI, cAMP response element binding, and glucocorticoid receptor in the cortex of patients with temporal lobe epilepsy, Mol. Neurobiol., 55, 3698-3708, https://doi.org/10.1007/s12035-017-0597-0.

46. Schmidt-Kastner, R., Humpel, C., Wetmore, C., and Olson, L. (1996) Cellular hybridization for BDNF, trkB, and NGF mRNAs and BDNF-immunoreactivity in rat forebrain after pilocarpine-induced status epilepticus, Exp. Brain Res., 107, 331-347, https://doi.org/10.1007/BF00230416.

47. Hagihara, H., Hara, M., Tsunekawa, K., Nakagawa, Y., Sawada, M., and Nakano, K. (2005) Tonic-clonic seizures induce division of neuronal progenitor cells with concomitant changes in expression of neurotrophic factors in the brain of pilocarpine-treated mice, Brain Res. Mol. Brain Res., 139, 258-266, https://doi.org/10.1016/j.molbrainres.2005.05.031.

48. Hashemi, P., and Ahmadi, S. (2023) Alpha-pinene moderates memory impairment induced by kainic acid via improving the BDNF/TrkB/CREB signaling pathway in rat hippocampus, Front. Mol. Neurosci., 16, 1202232, https://doi.org/10.3389/fnmol.2023.1202232.

49. Skupien-Jaroszek, A., Walczak, A., Czaban, I., Pels, K. K., Szczepankiewicz, A. A., Krawczyk, K., Ruszczycki, B., Wilczynski, G. M., Dzwonek, J., and Magalska, A. (2021) The interplay of seizures-induced axonal sprouting and transcription-dependent Bdnf repositioning in the model of temporal lobe epilepsy, PLoS One, 16, e0239111, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239111.

50. Liu, Z., D’Amore, P. A., Mikati, M., Gatt, A., and Holmes, G. L. (1993) Neuroprotective effect of chronic infusion of basic fibroblast growth factor on seizure-associated hippocampal damage, Brain Res., 626, 335-338, https://doi.org/10.1016/0006-8993(93)90598-h.

51. Liu, X., Liu, J., Liu, J., Liu, X.-L., Jin, L.-Y., Fan, W., Ding, J., Peng, L.-C., Wang, Y., and Wang, X. (2013) BDNF-TrkB signaling pathway is involved in pentylenetetrazole-evoked progression of epileptiform activity in hippocampal neurons in anesthetized rats, Neurosci. Bull., 29, 565-575, https://doi.org/10.1007/s12264-013-1326-y.

52. Xin, W., Pan, Y., Wei, W., Gerner, S. T., Huber, S., Juenemann, M., Butz, M., Bähr, M., Huttner, H. B., and Doeppner, T. R. (2023) TGF-β1 decreases microglia-mediated neuroinflammation and lipid droplet accumulation in an in vitro stroke model, Int. J. Mol. Sci., 24, 17329, https://doi.org/10.3390/ijms242417329.

53. Zhang, Y., Zhang, M., Zhu, W., Pan, X., Wang, Q., Gao, X., Wang, C., Zhang, X., Liu, Y., Li, S., and Sun, H. (2020) Role of elevated thrombospondin-1 in kainic acid-induced status epilepticus, Neurosci. Bull., 36, 263-276, https://doi.org/10.1007/s12264-019-00437-x.

54. Hong, S., Xin, Y., HaiQin, W., GuiLian, Z., Ru, Z., ShuQin, Z., HuQing, W., Li, Y., Ning, B., and YongNan, L. (2013) The PPARγ agonist rosiglitazone prevents neuronal loss and attenuates development of spontaneous recurrent seizures through BDNF/TrkB signaling following pilocarpine-induced status epilepticus, Neurochem. Int., 63, 405-412, https://doi.org/10.1016/j.neuint.2013.07.010.

55. Moreno, S., Farioli-Vecchioli, S., and Cerù, M. P. (2004) Immunolocalization of peroxisome proliferator-activated receptors and retinoid X receptors in the adult rat CNS, Neuroscience, 123, 131-145, https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2003.08.064.

56. Müller, L., Tokay, T., Porath, K., Köhling, R., and Kirschstein, T. (2013) Enhanced NMDA receptor-dependent LTP in the epileptic CA1 area via upregulation of NR2B, Neurobiol. Dis., 54, 183-193, https://doi.org/10.1016/j.nbd.2012.12.011.

57. Zubareva, O. E., Kovalenko, A. A., Kalemenev, S. V., Schwarz, A. P., Karyakin, V. B., and Zaitsev, A. V. (2018) Alterations in mRNA expression of glutamate receptor subunits and excitatory amino acid transporters following pilocarpine-induced seizures in rats, Neurosci. Lett., 686, 94-100, https://doi.org/10.1016/j.neulet.2018.08.047.

58. Diespirov, G. P., Postnikova, T. Y., Griflyuk, A. V., Kovalenko, A. A., and Zaitsev, A. V. (2023) Alterations in the properties of the rat hippocampus glutamatergic system in the lithium-pilocarpine model of temporal lobe epilepsy, Biochemistry (Moscow), 88, 353-363, https://doi.org/10.1134/S0006297923030057.

59. Lippman-Bell, J. J., Zhou, C., Sun, H., and Feske, J. S. (2016) Early-life seizures alter synaptic calcium-permeable AMPA receptor function and plasticity, Mol. Cell. Neurosci., 76, 11-20, https://doi.org/10.1016/j.mcn.2016.08.002.

60. Kamal, W., Jasim, S., Rudiansyah, M., Huldani, H., Margiana, R., Jalil, A., Jabbar, H., Ridha, H., and Yasin, G. (2024) Treatment of pilocarpine-induced epileptic seizures in adult male mice, Braz. J. Biol., 84, e260091, https://doi.org/10.1590/1519-6984.260091.

61. El-Megiri, N., Mostafa, Y. M., Ahmed, A., Mehanna, E. T., El-Azab, M. F., Alshehri, F., Alahdal, H., and El-Sayed, N. M. (2022) Pioglitazone ameliorates hippocampal neurodegeneration, disturbances in glucose metabolism and AKT/mTOR signaling pathways in pentyelenetetrazole-kindled mice, Pharmaceuticals (Basel), 15, 1113, https://doi.org/10.3390/ph15091113.