Моделирование моторных и немоторных проявлений ранней стадии болезни Паркинсона

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. При развитии болезни Паркинсона (БП) появлению моторной симптоматики предшествуют немоторные проявления, включая нарушения функций желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). Моделирование ранней стадии БП с целью комплексной оценки закономерностей морфофункциональных изменений в ЖКТ имеет большое значение для разработки методов ранней диагностики заболевания, более эффективного лечения характерных для БП вегетативных расстройств и повышения качества жизни пациентов.

Цель работы — предложить модель ранней стадии БП с длительным пероральным введением крысам нейротоксина ротенона в малых дозах и исследовать на этой модели функциональные и иммуногистохимические изменения ЖКТ экспериментальных животных и изменения нигральных стволовых структур.

Материалы и методы. Опыты проведены на самцах крыс Вистар в возрасте 3,0–3,5 мес. Крысам опытной группы (n = 10) перорально вводили ротенон в виде суспензии в 4% растворе карбоксиметилцеллюлозы в дозе 5 мг/кг через день в течение 7 мес; крысы контрольной группы (n = 10) получали только 4% карбоксиметилцеллюлозу. В начале и в конце эксперимента оценивали двигательную активность животных с помощью тестов «открытое поле» и «сужающаяся дорожка», исследовали моторику ЖКТ путём измерения пути прохождения красителя от привратника желудка в каудальном направлении по тонкой кишке. После декапитации крыс иммуногистохимическими методами оценивали плотность расположения дофаминовых нейронов в чёрном веществе головного мозга, нервных волокон и глии в межмышечном сплетении тонкой кишки, локализацию общего и фосфорилированного α-синуклеина в структурах нервной системы кишечника.

Результаты. У крыс опытной группы выявлено статистически значимое снижение количества дофаминовых нейронов в чёрном веществе. В межмышечном сплетении тонкой кишки было значимо меньше нервных волокон и глии и повышена интенсивность флюоресцентного окрашивания на α-синуклеин. Фосфорилированный α-синуклеин выявлен в холинергических и адренергических волокнах межмышечного сплетения. У экспериментальных животных по сравнению с контролем были статистически значимо снижены скорость эвакуации содержимого желудка и моторика тонкой кишки.

Заключение. Предложенная модель ранней стадии БП позволяет воспроизводить физиологические и иммуногистохимические симптомы поражения ЖКТ, сходные с таковыми у пациентов с БП. В их основе лежат денервационные изменения кишечника и накопление в структурах энтеральной нервной системы патологической формы α-синуклеина.

Об авторах

Михаил Викторович Иванов

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Автор, ответственный за переписку.
Email: ivanov@neurology.ru
ORCID iD: 0000-0001-5947-9093

м.н.с. лаб. нейроморфологии

Россия, 125367, Москва, Волоколамское шоссе, д. 80

Кристина Александровна Кутукова

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Email: Chrisbiomag@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5483-9157

м.н.с. лаб. нейроморфологии

Россия, 125367, Москва, Волоколамское шоссе, д. 80

Список литературы

  1. Klingelhoefer L., Reichmann H. The gut and nonmotor symptoms in Parkinson’s disease. Int. Rev. Neurobiol. 2017; 134: 787–809. doi: 10.1016/bs.irn.2017.05.027
  2. Pfeiffer R.F. Non-motor symptoms in Parkinson’s disease. Parkinsonism Relat. Disord. 2016;22(Suppl 1): S119–S122. doi: 10.1016/j.parkreldis.2015.09.004
  3. Jellinger K.A. Synuclein deposition and non-motor symptoms in Parkinson disease. J. Neurol. Sci. 2011; 310(1–2): 107–111. doi: 10.1016/j.jns.2011.04.012
  4. Braak H., Rub U., Gai W.P., Del Tredici K. Idiopathic Parkinson’s disease: possible routes by which vulnerable neuronal types may be subject to neuroinvasion by an unknown pathogen. J. Neural. Transm. 2003; 110(5): 517–536. doi: 10.1007/s00702-002-0808-2
  5. Del Tredici K., Rub U., De Vos R.A. et al. Where does Parkinson disease pathology begin in the brain? J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2002; 61(5): 413–426. doi: 10.1093/jnen/61.5.413
  6. Del Tredici K., Braak H. A not entirely benign procedure: progression of Parkinson’s disease. Acta Neuropathol. 2008; 115(4): 379–384. doi: 10.1007/s00401-008-0355-5
  7. Rietdijk C.D., Perez-Pardo P., Garssen J. et al. Exploring Braak’s hypothesis of Parkinson’s disease. Front. Neurol. 2017; 8: 37. doi: 10.3389/fneur.2017.00037
  8. Innos J., Hickey M.A. Using rotenone to model Parkinson’s Disease in mice: a review of the role of pharmacokinetics. Chem. Res. Toxicol. 2021; 34(5): 1223–1239. DOI: 1021/acs.chemrestox.0c00522
  9. Tanner C.M., Kamel F., Ross G.W. et al. Rotenone, paraquat, and Parkinson’s disease. Environ. Health Perspect. 2011; 119(6): 866–872. doi: 10.1289/ehp.1002839
  10. Betarbet R., Sherer T.B., MacKenzie G. et al. Chronic systemic pesticide exposure reproduces features of Parkinson’s disease. Nat. Neurosci. 2000; 3(12): 1301–136. doi: 10.1038/81834
  11. Miyazaki I., Isooka N., Imafuku F. et al. Chronic systemic exposure to low-dose rotenone induced central and peripheral neuropathology and motor deficits in mice: reproducible animal model of Parkinson’s disease. Int. J. Mol. Sci. 2020; 21(9): 3254. doi: 10.3390/ijms21093254
  12. Pan-Montojo F., Anichtchik O., Dening Y. et al. Progression of Parkinson’s disease pathology is reproduced by intragastric administration of rotenone in mice. PLoS One. 2010; 5(1): e8762. doi: 10.1371/journal.pone.0008762
  13. Pan-Montojo F., Schwarz M., Winkler C. et al. Environmental toxins trigger PD-like progression via increased alpha-synuclein release from enteric neurons in mice. Sci. Rep. 2012; 2: 898. doi: 10.1038/srep00898
  14. Riederer P., Jellinger K.A., Kolber P. et al. Lateralisation in Parkinson disease. Cell Tissue Res. 2018; 373(1): 297–312. doi: 10.1007/s00441-018-2832-z
  15. Johnson M.E., Bobrovskaya L. An update on the rotenone models of Parkinson’s disease: their ability to reproduce the features of clinical disease and model gene-environment interactions. Neurotoxicology. 2015; 46: 101–116. doi: 10.1016/j.neuro.2014.12.002
  16. Dutkiewicz J., Szlufik S., Nieciecki M. et al. Small intestine dysfunction in Parkinson’s disease. J. Neural. Transm. 2015; 122(12): 1659–1661. doi: 10.1007/s00702-015-1442-0
  17. Marrinan S., Emmanuel A.V., Burn D.J. Delayed gastric emptying in Parkinson’s disease. Mov. Disord. 2014; 29(1): 23–32. doi: 10.1002/mds.25708
  18. Yan F., Chen Y., Li M. et al. Gastrointestinal nervous system α-synuclein as a potential biomarker of Parkinson disease. Medicine (Baltimore). 2018; 97(28): e11337. doi: 10.1097/MD.0000000000011337
  19. Иванов М.В., Кутукова К.А., Худоерков Р.М. Морфохимические изменения в нервной системе тонкого кишечника крыс при длительном пероральном введении ротенона. Асимметрия. 2018; 12(4): 217–222. Ivanov M.V., Kutukov K.A., Khudoerkov R.M. Morphochemical changes in the nervous system of the small intestine in rats with prolonged oral administration of rotenone. Journal of asymmetry. 2018; 12(4): 217–222. (In Russ.) doi: 10.18454/ASY.2018.12.4.009
  20. Phillips R.J., Hudson C.N., Powley T.L. Sympathetic axonopathies and hyperinnervation in the small intestine smooth muscle of aged Fischer 344 rats. Auton. Neurosci. 2013; 179(1–2): 108–121. doi: 10.1016/j.autneu.2013.09.002
  21. Phillips R.J., Walter G.C., Wilder S.L. et al. Alpha-synuclein-immunopo- sitive myenteric neurons and vagal preganglionic terminals: autonomic pathway implicated in Parkinson’s disease? Neuroscience. 2008; 153: 733–750. doi: 10.1016/j.neuroscience.2008.02.074
  22. Schmid W., van der Zypen E., Keller H. Die Wirkung einer subtotalen Vago- tomie auf den Plexus myentericus (Auerbach) verschiedener Darmabschnitte. Acta Anat. 1979; 104: 36–51.
  23. Miyazaki I., Isooka N., Wada K. et al. Effects of enteric environmental modification by coffee components on neurodegeneration in rotenone-treated mice. Cells. 2019; 8(3): 221. doi: 10.3390/cells8030221
  24. Naudet N., Antier E., Gaillard D. et al. Oral exposure to paraquat triggers earlier expression of phosphorylated α-synuclein in the enteric nervous system of A53T mutant human α-synuclein transgenic mice. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2017; 76(12): 1046–1057. doi: 10.1093/jnen/nlx092

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Моторные и нейродегенеративные изменения у крыс при длительном введении ротенона. А — количество оступаний правыми и левыми конечностями (% от общего количества шагов) животных контрольной и опытной групп в тесте «сужающаяся дорожка»; B — количество нарушений прохождения сужающейся дорожки, баллы; С — дистанция распространения красителя Evans Blue от привратника желудка в каудальном направлении по тонкой кишке через 20 мин после перорального введения красителя, см; D — количество ТН-позитивных нейронов в компактной части чёрного вещества на поле зрения; E — ТН-позитивные нейроны в компактной части чёрного вещества крысы контрольной группы, × 10; F — ТН-позитивные нейроны в компактной части чёрного вещества крысы опытной группы, × 10; G — количество β-III-тубулин-позитивных нервных волокон в межмышечном сплетении тонкой кишки на поле зрения; H — количество ТН-позитивных нервных волокон в межмышечном сплетении тонкой кишки на 100 мкм2. * — р < 0,05.

Скачать (177KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Общий α-синуклеин (α-syn) в нервной системе кишечника крыс при длительном введении ротенона. A–D — локализация общего α-синуклеина в β-III-тубулин-позитивных структурах нервной системы кишечника крысы опытной группы, × 20; А — иммунофлюоресцентное окрашивание на ядра клеток (DAPI, синий); В — иммунофлюоресцентное окрашивание на β-III-тубулин (красный); C — иммунофлюоресцентное окрашивание на общий α-синуклеин (красный); D — результат наложения изображений А–С. Области колокализации маркеров β-III-тубулина и общего α-синуклеина — жёлтый, оранжевый; E — интенсивность иммунофлюоресцентного окрашивания на общий α-синуклеин в ганглиях межмышечного сплетения, усл. ед. *р < 0,05.

Скачать (122KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Локализация фосфорилированного α-синуклеина (α-synP) в структурах межмышечного сплетения тонкой кишки. А–С — колокализация фосфорилированного α-синуклеина в холинергических нейронах межмышечного сплетения (жёлтые стрелки указывают на тела нейронов, в которых наблюдается колокализация), × 20; D, E — иммунофлюоресцентное окрашивание на VIP (зелёный цвет, зелёные стрелки) и фосфорилированный α-синуклеин (красный цвет, красные стрелки) в межмышечном сплетении: отсутствие колокализации, × 40; F — иммунофлюоресцентное окрашивание на TH (зелёный) и фосфорилированный α-синуклеин (красный) в межмышечном сплетении: колокализация в отдельных волокнах (жёлтые стрелки), × 40; G — иммунофлюоресцентное окрашивание на GFAP (красный, красная стрелка) и общий α-синуклеин (зелёный, зелёная стрелка) в ганглии межмышечного сплетения: отсутствие колокализации, × 40; H — интенсивность иммунофлюоресцентного окрашивания на GFAP в ганглиях межмышечного сплетения, усл. ед. * — р < 0,05.

Скачать (187KB)
Метаданные

© Иванов М.В., Кутукова К.А., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах