Изменения молекулярной сигнализации ключевых нейротрофических факторов в мозге при развитии аффективных нарушений

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Пандемия COVID-19, повышение напряжённости политической обстановки, общее состояние неопределённости в современном мире привели к увеличению числа зарегистрированных случаев аффективных расстройств. Развитие аффективных нарушений принято связывать с такими нейротрансмиттерами, как серотонин и дофамин, однако современные тенденции направлены на изучение вовлечённости нейротрофических факторов в механизмы расстройства настроения.

Целью данного обзора являются обобщение и систематизация знаний о ключевых нейротрофических факторах и молекулярных механизмах их взаимосвязей.

Рассмотрены ключевые механизмы метаболизма таких белков, как нейротрофический фактор мозга (BDNF), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), инсулиноподобный фактор роста 1 (IGF-1), основной фактор роста фибробластов (FGF2), фактор роста нервов (NGF), нейротрофический фактор глиальной клеточной линии (GDNF). На основе анализа их отдельных молекулярных путей составлена комплексная схема множественного каскада взаимосвязанных реакций, в который включён каждый из этих белков. Выявлены ключевые молекулярные мишени — транскрипционный фактор NF-kB (ядерный фактор «каппа-би») и белок, связывающий элемент транскрипционного фактора cAMP (CREB), также в рамках обзора представлены кандидаты на роль лимитирующих факторов для данных молекулярных мишеней. Для каскада NF-kB в качестве лимитирующего фактора предложен рецептор нейротрофинов p75(NTR), для каскада CREB — внутриклеточная фосфолипаза (α-γ), бинарные молекулярные переключатели семейства родственных белков (RAS-GTP) и протеинкиназа В (AKT).

Об авторах

Сергей Юрьевич Карабанов

Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: s.karabanov@fncps.ru
ORCID iD: 0000-0002-1688-4045
SPIN-код: 8046-1515
Scopus Author ID: 57219601857

канд. ветеринар. наук

Россия, Москва

Анастасия Анатольевна Кибиткина

Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова Российской академии наук

Email: a.kibitkina@fncps.ru
ORCID iD: 0000-0001-6934-7342
SPIN-код: 7063-6360
Россия, Москва

Екатерина Романовна Василевская

Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова Российской академии наук

Email: e.vasilevskaya@fncps.ru
ORCID iD: 0000-0002-4752-3939
SPIN-код: 8668-7770

канд. техн. наук

Россия, Москва

Лилия Вячеславовна Федулова

Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова Российской академии наук

Email: l.fedulova@fncps.ru
ORCID iD: 0000-0003-3573-930X
SPIN-код: 4079-2394

д-р техн. наук, профессор РАН

Россия, Москва

Список литературы

  1. Сухов А.Н. Социально-психологический анализ безопасности различных групп // Человек: преступление и наказание. 2022. Т. 30, № 1. С. 102–109. EDN: GRZXGP doi: 10.33463/2687-1238.2022.30(1-4).1.102-109
  2. Maksimov S.A., Kotova M.B., Gomanova L.I., et al. Mental health of the russian federation population versus regional living conditions and individual income // Int J Environ Res Public Health. 2023. Vol. 20, N 11. P. 5973. doi: 10.3390/ijerph20115973
  3. World Health Organization Scientific [Internet]. Mental health and COVID-19: early evidence of the pandemic’s impact. Дата обращения: 24.04.2024. Режим доступа: https://iris.who.int/bitstream/handle/10665/352189/WHO-2019-nCoV-Sci-Brief-Mental-health-2022.1-eng.pdf?sequence=1
  4. Sekhon S., Gupta V. Mood disorder. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, 2023.
  5. Rădulescu I., Drăgoi A.M., Trifu S.C., Cristea M.B. Neuroplasticity and depression: Rewiring the brain’s networks through pharmacological therapy (review) // Exp Ther Med. 2021. Vol. 22, N 4. P. 1131. doi: 10.3892/etm.2021.10565
  6. Tunçel Ö.K., Sarisoy G., Çetin E., et al. Neurotrophic factors in bipolar disorders patients with manic episode // Turk J Med Sci. 2020. Vol. 50, N 4. P. 985–993. doi: 10.3906/sag-1907-70
  7. Mattson M.P., Maudsley S., Martin B. BDNF and 5-HT: a dynamic duo in age-related neuronal plasticity and neurodegenerative disorders // Trends Neurosci. 2004. Vol. 27, N 10. P. 589–594. doi: 10.1016/j.tins.2004.08.001
  8. Каширская Е.И., Логинов П.В., Мавлютова Е.Б. Нейротрофические факторы в регуляции и диагностике нейродегенеративных расстройств // Астраханский медицинский журнал. 2020. Т. 15, № 1. C. 48–57. EDN: ACBJAT doi: 10.17021/2020.15.1.48.57
  9. Wang Y., Liang J., Xu B., et al. TrkB/BDNF signaling pathway and its small molecular agonists in CNS injury // Life Sci. 2024. Vol. 336. P. 122282. doi: 10.1016/j.lfs.2023.122282
  10. Porter G.A., O’Connor J.C. Brain-derived neurotrophic factor and inflammation in depression: Pathogenic partners in crime? // World J Psychiatry. 2022. Vol. 12, N 1. P. 77–97. doi: 10.5498/wjp.v12.i1.77
  11. Je H.S., Yang F., Ji Y., et al. ProBDNF and mature BDNF as punishment and reward signals for synapse elimination at mouse neuromuscular junctions // J Neurosci. 2013. Vol. 33, N 24. P. 9957–9962. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0163-13.2013
  12. Je H.S., Yang F., Ji Y., et al. Role of pro-brain-derived neurotrophic factor (proBDNF) to mature BDNF conversion in activity-dependent competition at developing neuromuscular synapses // Proc Natl Acad Sci U S A. 2012. Vol. 109, N 39. P. 15924–15929. doi: 10.1073/pnas.1207767109
  13. Sathyanesan M., Newton S.S. Antidepressant-like effects of trophic factor receptor signaling // Front Mol Neurosci. 2022. Vol. 15. P. 958797. doi: 10.3389/fnmol.2022.958797
  14. Correia A.S., Cardoso A., Vale N. BDNF unveiled: exploring its role in major depression disorder serotonergic imbalance and associated stress conditions // Pharmaceutics. 2023. Vol. 15, N 8. P. 2081. doi: 10.3390/pharmaceutics15082081
  15. Numakawa T., Odaka H. Brain-derived neurotrophic factor signaling in the pathophysiology of alzheimer’s disease: beneficial effects of flavonoids for neuroprotection // Int J Mol Sci. 2021. Vol. 22, N 11. P. 5719. doi: 10.3390/ijms22115719
  16. Yu H., Chen Z.Y. The role of BDNF in depression on the basis of its location in the neural circuitry // Acta Pharmacol Sin. 2011. Vol. 32, N 1. P. 3–11. doi: 10.1038/aps.2010.184
  17. Yang T., Nie Z., Shu H., et al. The role of BDNF on neural plasticity in depression // Front Cell Neurosci. 2020. Vol. 14. P. 82. doi: 10.3389/fncel.2020.00082
  18. You H., Lu B. Diverse functions of multiple bdnf transcripts driven by distinct Bdnf Promoters // Biomolecules. 2023. Vol. 13, N 4. P. 655. doi: 10.3390/biom13040655
  19. Park C.H., Kim J., Namgung E., et al. The BDNF Val66Met polymorphism affects the vulnerability of the brain structural network // Front Hum Neurosci. 2017. Vol. 11. P. 400. doi: 10.3389/fnhum.2017.00400
  20. Tan P., Xue T., Wang Y., et al. Hippocampal NR6A1 impairs CREB-BDNF signaling and leads to the development of depression-like behaviors in mice // Neuropharmacology. 2022. Vol. 209. P. 108990. doi: 10.1016/j.neuropharm.2022.108990
  21. Caviedes A., Lafourcade C., Soto C., Wyneken U. BDNF/NF-κB signaling in the neurobiology of depression // Curr Pharm Des. 2017. Vol. 23, N 21. P. 3154–3163. doi: 10.2174/1381612823666170111141915
  22. Живкович М., Ермолаева Е.В., Соболева А.В., и др. Нейротрофический фактор мозга BDNF: новые данные, функции и вопросы // Гены и клетки. 2024. Т. 19, № 1. С. 61–84. EDN: PSCYSM doi: 10.17816/gc623163
  23. Nowacka M.M., Obuchowicz E. Vascular endothelial growth factor (VEGF) and its role in the central nervous system: a new element in the neurotrophic hypothesis of antidepressant drug action // Neuropeptides. 2012. Vol. 46, N 1. P. 1–10. doi: 10.1016/j.npep.2011.05.005
  24. Wang H., Yang Y., Pei G., et al. Neurotrophic basis to the pathogenesis of depression and phytotherapy // Front Pharmacol. 2023. Vol. 14. P. 1182666. doi: 10.3389/fphar.2023.1182666
  25. Борзилова Ю.А., Болдырева Л.А., Шлык И.В. Васкулоэндотелиальные факторы роста (VEGF): роль и место в патологических процессах // Вестник офтальмологии. 2016. Т. 132, № 4. C. 98–103. EDN: WJZPQH doi: 10.17116/oftalma2016132498-103
  26. Shibuya M. Vascular endothelial growth factor receptor-1 (VEGFR-1/Flt-1): a dual regulator for angiogenesis // Angiogenesis. 2006. Vol. 9, N 4. P. 225–231. doi: 10.1007/s10456-006-9055-8
  27. Matsuno H., Tsuchimine S., O’Hashi K., et al. Association between vascular endothelial growth factor-mediated blood-brain barrier dysfunction and stress-induced depression // Mol Psychiatry. 2022. Vol. 27, N 9. P. 3822–3832. doi: 10.1038/s41380-022-01618-3
  28. Wallensten J., Mobarrez F., Åsberg M., et al. Isoforms of soluble vascular endothelial growth factor in stress-related mental disorders: a cross-sectional study // Sci Rep. 2021. Vol. 11, N 1. P. 16693. doi: 10.1038/s41598-021-96313-8 Corrected and republished from: Sci Rep. 2023. Vol. 13, N 1. P. 10210. doi: 10.1038/s41598-023-37259-x
  29. Maglio L.E., Noriega-Prieto J.A., Maroto I.B., et al. IGF-1 facilitates extinction of conditioned fear // Elife. 2021. Vol. 10. P. e67267. doi: 10.7554/eLife.67267
  30. Levada O.A., Troyan A.S., Pinchuk I.Y. Serum insulin-like growth factor-1 as a potential marker for MDD diagnosis, its clinical characteristics, and treatment efficacy validation: data from an open-label vortioxetine study // BMC Psychiatry. 2020. Vol. 20, N 1. P. 208. doi: 10.1186/s12888-020-02636-7
  31. Wang S., Hou K., Gui S., et al. Insulin-like growth factor 1 in heat stress-induced neuroinflammation: novel perspective about the neuroprotective role of chromium // Stress Biol. 2023. Vol. 3, N 1. P. 23. doi: 10.1007/s44154-023-00105-1
  32. Arjunan A., Sah D.K., Woo M., Song J. Identification of the molecular mechanism of insulin-like growth factor-1 (IGF-1): a promising therapeutic target for neurodegenerative diseases associated with metabolic syndrome // Cell Biosci. 2023. Vol. 13, N 1. P. 16. doi: 10.1186/s13578-023-00966-z
  33. Sun L.Y., Al-Regaiey K., Masternak M.M., et al. Local expression of GH and IGF-1 in the hippocampus of GHdeficient long-lived mice // Neurobiol Aging. 2005. Vol. 26, N 6. P. 929–937. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2004.07.010
  34. Duman C.H., Schlesinger L., Terwilliger R., et al. Peripheral insulin-like growth factor-I produces antidepressant-like behavior and contributes to the effect of exercise // Behav Brain Res. 2009. Vol. 198, N 2. P. 366–371. doi: 10.1016/j.bbr.2008.11.016
  35. Levada O.A., Troyan A.S. Insulin-like growth factor-1: a possible marker for emotional and cognitive disturbances, and treatment effectiveness in major depressive disorder // Ann Gen Psychiatry. 2017. Vol. 16. P. 38. doi: 10.1186/s12991-017-0161-3
  36. Westwood A.J., Beiser A., Decarli C., et al. Insulin-like growth factor-1 and risk of Alzheimer dementia and brain atrophy // Neurology. 2014. Vol. 82, N 18. P. 1613–1619. doi: 10.1212/WNL.0000000000000382
  37. Kimoto A., Kasanuki K., Kumagai R., et al. Serum insulin-like growth factor-I and amyloid beta protein in Alzheimer’s disease: relationship with cognitive function // Psychogeriatrics. 2016. Vol. 16, N 4. P. 247–254. doi: 10.1111/psyg.12149
  38. Kim B., Elzinga S.E., Henn R.E., et al. The effects of insulin and insulin-like growth factor I on amyloid precursor protein phosphorylation in in vitro and in vivo models of Alzheimer’s disease // Neurobiol Dis. 2019. Vol. 132. P. 104541. doi: 10.1016/j.nbd.2019.104541
  39. Deng Z., Deng S., Zhang M.R., Tang M.M. Fibroblast growth factors in depression // Front Pharmacol. 2019. Vol. 10. P. 60. doi: 10.3389/fphar.2019.00060
  40. Xu Y.H., Zhu Y., Zhu Y.Y., et al. Abnormalities in FGF family members and their roles in modulating depression-related molecules // Eur J Neurosci. 2021. Vol. 53, N 1. P. 140–150. doi: 10.1111/ejn.14570
  41. Tang M., Cheng S., Wang L., et al. Decreased FGF19 and FGF21: possible underlying common pathogenic mechanism of metabolic and cognitive dysregulation in depression // Front Neurosci. 2023. Vol. 17. P. 1165443. doi: 10.3389/fnins.2023.1165443
  42. Tomé D., Dias M.S., Correia J., Almeida R.D. Fibroblast growth factor signaling in axons: from development to disease // Cell Commun Signal. 2023. Vol. 21, N 1. P. 290. doi: 10.1186/s12964-023-01284-0
  43. Xie Y., Su N., Yang J., et al. FGF/FGFR signaling in health and disease // Signal Transduct Target Ther. 2020. Vol. 5, N 1. P. 181. doi: 10.1038/s41392-020-00222-7
  44. Klimaschewski L., Claus P. Fibroblast growth factor signalling in the diseased nervous system // Mol Neurobiol. 2021. Vol. 58, N 8. P. 3884–3902. doi: 10.1007/s12035-021-02367-0
  45. Turner C.A., Eren-Koçak E., Inui E.G., et al. Dysregulated fibroblast growth factor (FGF) signaling in neurological and psychiatric disorders // Semin Cell Dev Biol. 2016. Vol. 53. P. 136–143. doi: 10.1016/j.semcdb.2015.10.003
  46. Evans S.J., Choudary P.V., Neal C.R., et al. Dysregulation of the fibroblast growth factor system in major depression // Proc Natl Acad Sci U S A. 2004. Vol. 101, N 43. P. 15506–15511. doi: 10.1073/pnas.0406788101
  47. Gaughran F., Payne J., Sedgwick P.M., et al. Hippocampal FGF-2 and FGFR1 mRNA expression in major depression, schizophrenia and bipolar disorder // Brain Res Bull. 2006. Vol. 70, N 3. P. 221–227. doi: 10.1016/j.brainresbull.2006.04.008
  48. Goswami D.B., Jernigan C.S., Chandran A., et al. Gene expression analysis of novel genes in the prefrontal cortex of major depressive disorder subjects // Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 2013. Vol. 43. P. 126–133. doi: 10.1016/j.pnpbp.2012.12.010
  49. Levy M.J.F., Boulle F., Steinbusch H.W., et al. Neurotrophic factors and neuroplasticity pathways in the pathophysiology and treatment of depression // Psychopharmacology (Berl). 2018. Vol. 235, N 8. P. 2195–2220. doi: 10.1007/s00213-018-4950-4
  50. Rocco M.L., Soligo M., Manni L., Aloe L. Nerve growth factor: early studies and recent clinical trials // Curr Neuropharmacol. 2018. Vol. 16, N 10. P. 1455–1465. doi: 10.2174/1570159X16666180412092859
  51. Minnone G., De Benedetti F., Bracci-Laudiero L. NGF and its receptors in the regulation of inflammatory response // Int J Mol Sci. 2017. Vol. 18, N 5. P. 1028. doi: 10.3390/ijms18051028
  52. László A., Lénárt L., Illésy L., et al. The role of neurotrophins in psychopathology and cardiovascular diseases: psychosomatic connections // J Neural Transm (Vienna). 2019. Vol. 126, N 3. P. 265–278. doi: 10.1007/s00702-019-01973-6
  53. Skaper S.D. Neurotrophic factors: an overview // Methods Mol Biol. 2018. Vol. 1727. P. 1–17. doi: 10.1007/978-1-4939-7571-6_1
  54. Snow W.M., Albensi B.C. Neuronal gene targets of NF-κB and their dysregulation in Alzheimer’s disease // Front Mol Neurosci. 2016. Vol. 9. P. 118. doi: 10.3389/fnmol.2016.00118
  55. Lim S., Moon M., Oh H., et al. Ginger improves cognitive function via NGF-induced ERK/CREB activation in the hippocampus of the mouse // J Nutr Biochem. 2014. Vol. 25, N 10. P. 1058–1065. doi: 10.1016/j.jnutbio.2014.05.009
  56. Kucharczyk M., Kurek A., Detka J., et al. Chronic mild stress influences nerve growth factor through a matrix metalloproteinase-dependent mechanism // Psychoneuroendocrinology. 2016. Vol. 66. P. 11–21. doi: 10.1016/j.psyneuen.2015.12.019
  57. Hellweg R., Ziegenhorn A., Heuser I., Deuschle M. Serum concentrations of nerve growth factor and brain-derived neurotrophic factor in depressed patients before and after antidepressant treatment // Pharmacopsychiatry. 2008. Vol. 41, N 2. P. 66–71. doi: 10.1055/s-2007-1004594
  58. Wiener C.D., de Mello Ferreira S., Pedrotti Moreira F., et al. Serum levels of nerve growth factor (NGF) in patients with major depression disorder and suicide risk // J Affect Disord. 2015. Vol. 184. P. 245–248. doi: 10.1016/j.jad.2015.05.067
  59. Zhang Y., Jiang H., Yue Y., et al. The protein and mRNA expression levels of glial cell line-derived neurotrophic factor in post stroke depression and major depressive disorder // Sci Rep. 2017. Vol. 7, N 1. P. 8674. doi: 10.1038/s41598-017-09000-y
  60. Sharma A.N., da Costa e Silva B.F., Soares J.C., et al. Role of trophic factors GDNF, IGF-1 and VEGF in major depressive disorder: A comprehensive review of human studies // J Affect Disord. 2016. Vol. 197. P. 9–20. doi: 10.1016/j.jad.2016.02.067
  61. Bahlakeh G., Rahbarghazi R., Mohammadnejad D., et al. Current knowledge and challenges associated with targeted delivery of neurotrophic factors into the central nervous system: focus on available approaches // Cell Biosci. 2021. Vol. 11, N 1. P. 181. doi: 10.1186/s13578-021-00694-2
  62. Шишкина Т.В., Ведунова М.В., Мищенко Т.А., Мухина И.В. Роль глиального нейротрофического фактора в функционировании нервной системы (обзор) // Современные технологии в медицине. 2015. Т. 7, № 4. С. 211–220. EDN: VEEDON doi: 10.17691/stm2015.7.4.27
  63. Liu X., Li P., Ma X., et al. Association between plasma levels of BDNF and GDNF and the diagnosis, treatment response in first-episode MDD // J Affect Disord. 2022. Vol. 315. P. 190–197. doi: 10.1016/j.jad.2022.07.041
  64. Wang H., Yang Y., Pei G., et al. Neurotrophic basis to the pathogenesis of depression and phytotherapy // Front Pharmacol. 2023. Vol. 14. P. 1182666. doi: 10.3389/fphar.2023.1182666
  65. Zinchuk M.S., Guekht A.B., Druzhkova T.A., et al. Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) in blood serum and lacrimal fluid of patients with a current depressive episode // J Affect Disord. 2022. Vol. 318. P. 409–413. doi: 10.1016/j.jad.2022.09.025
  66. Shi Y., Luan D., Song R., Zhang Z. Value of peripheral neurotrophin levels for the diagnosis of depression and response to treatment: A systematic review and meta-analysis // Eur Neuropsychopharmacol. 2020. Vol. 41. P. 40–51. doi: 10.1016/j.euroneuro.2020.09.633

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Карта молекулярных взаимодействий нейротрофических факторов при аффективных нарушениях.

Скачать (1MB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024

Ссылка на описание лицензии: https://eco-vector.com/for_authors.php#07

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».