Моделирование возраст-зависимых заболеваний: связь нервной и эндокринной систем

A. V. Stavrovskaya1, D. N. Voronkov1, E. A. Shestakova2, A. S. Ol’shansky1, N. G. Yamshchikova1, A. S. Gushchina1, S. N. Illarioshkin1
1ФГБНУ «Научный центр неврологии», Москва, Россия; 2ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр эндокринологии» Минздрава России, Москва, Россия

Аннотация


Возраст-зависимые заболевания – острейшая проблема современного общества. К числу наиболее значимых возраст-зависимых заболеваний относятся болезнь Альцгеймера (БА), сахарный диабет, метаболический синдром и др., причем эти состояния могут сочетаться и иметь, по крайней мере частично, взаимообусловленный характер. Экспериментальная модель БА, индуцированная внутрижелудочковым введением стрептозоцина, воспроизводит ряд ключевых характеристик спорадической формы БА, нарушая метаболизм инсулина. Целью работы явилось изучение углеводного обмена у крыс на разных сроках после внутрижелудочкового введения стрептозоцина. Для получения модели БА крысам билатерально во время стереотаксических операций вводили стрептозоцин в 0,9% растворе NaCl в дозе 3 мг/кг в 10 мкл в боковые желудочки мозга. Через 2 и 7 недель после введение определяли вес животных, а также уровни глюкозы в цельной крови в хвостовой вене крыс после внутрибрюшинного введения глюкозы в дозе 1,5 г/кг. Выполнялся стандартный глюкозотолерантный тест, а также рассчитывались гипергликемический и постгликемический коэффициенты. В результате впервые было обнаружено нарушение углеводного обмена у крыс через 7 недель после внутрижелудочкового введения STZ. Выявленная на данной модели тесная связь между нейродегенеративными изменениями альцгеймеровского типа и углеводным обменом позволяет использовать ее для более глубокой оценки взаимоотношений нервной и эндокринной система, в том числе в трансляционных исследованиях новых терапевтический стратегий.

Литература

1. Chen Y., Liang Z., Blanchard J. et al. A non-transgenic mouse model (icv-STZ mouse) of Alzheimer’s disease: similarities to and differences from the transgenic model (3xTg-AD mouse). Mol Neurobiol 2013; 47(2): 711-725. DOI:10.1007/s12035-012-8375-5. PMID: 23150171.

2. Hoyer S., Lee S.K., Löffler T., Schliebs R. Inhibition of the neuronal insulin receptor. An in vivo model for sporadic Alzheimer disease? Ann N YAcad Sci 2000; 920: 256–258. DOI: 10.1111/j.1749-6632.2000.tb06932.x. PMID: 11193160.

3. Hau J. Animal models of human diseases. In: Conn PM (ed) An overview. (in:) Sourcebook of Models for Biomedical Research, Humana Press, Totowa, 2008; 1: 15–20. DOI: org/10.1007/978-1-59745-285-4_1.

4. Iqbal K., Bolognin S., Wang X. et al. Animal models of the sporadic form of Alzheimer’s disease: Focus on the disease and not just the lesions. J Alzheimers Dis 2013; 37: 469–474. DOI: 10.3233/JAD-130827. PMID: 23948903.

5. Shineman D.W., Basi G.S., Bizon J.L. et al Accelerating drug discovery for Alzheimer’s disease: best practices for preclinical animal studies. Alzheimers Res Ther 2011; 3: 28. DOI: 10.1186/alzrt90. PMID:21943025.

6. Ganda O.P., Rossini A.A., Like A.A. Studies on streptozotocin diabetes. Diabetes 1976; 25: 595–603. DOI: 10.2337/diab.25.7.595. PMID:132382.

7. Degenhardt T.P., Alderson N.L., Arrington D.D. et al. Pyridoxamine inhibits early renal disease and dyslipidemia in the streptozotocindiabetic rat. Kidney Int 2002; 61: 939–950 DOI: 10.1046/j.1523-1755.2002.00207.x. PMID: 11849448.

8. Srinivasan K., Viswanad B., Asrat L. et al. Combination of high-fat diet-fed and low-dose streptozotocin-treated rat: a model for type 2 diabetes and pharmacological screening. Pharmacol Res 2005; 52: 313–320. DOI: 10.1016/j. phrs.2005.05.004. PMID: 15979893.

9. Reaven G.M. Banting lecture 1988. Role of insulin resistance in human disease. Diabetes 1988; 37(12): 1595–1607. DOI: 10.1016/0899-9007(97)90878-9. PMID: 3056758.

10. Grundy S.M. Metabolic Syndrome update. Trends Cardiovasc Med 2016; 26: 364–373 DOI: 10.1016/j.tcm.2015.10.004. PMID: 26654259.

11. Танашян М.М., Лагода О.В., Антонова К.В. Хронические цереброваскулярные заболевания на фоне метаболического синдрома: новые подходы к лечению. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова 2012; 112(11): 21-26.

12. Du L.L., Chai D.M., Zhao L.N. et al. AMPK activation ameliorates Alzheimer’s disease-like pathology and spatial memory impairment in a streptozotocin induced Alzheimer’s disease model in rats. J Alzheimers Dis 2015; 43(3): 775-784. DOI: 10.3233/JAD-140564. PMID: 25114075.

13. Yang W., Ma J., Liu Z. et al. Effect of naringenin on brain insulin signaling and cognitive functions in ICV-STZ induced dementia model of rats. Neurol Sci 2014; 35(5): 741-751. DOI: 10.1007/s10072-013-1594-3. PMID: 24337945.

14. Prakash A., Kalra J.K., Kumar A. Neuroprotective effect of N-acetyl cysteine against streptozotocin-induced memory dysfunction and oxidative damage in rats. J Basic Clin Physiol Pharmacol 2015; 26(1): 13-23. DOI: 10.1515/jbcpp-2013-0150. PMID:: 24756058.

15. Salkovic-Petrisic M., Knezovic A., Hoyer S. et al. What have we learned from the streptozotocin-induced animal model of sporadic Alzheimer’s disease, about the therapeutic strategies in Alzheimer’s research. J Neural Transm 2013; 120: 233–252. DOI: 10.1007/s00702-012-0877-9. PMID: 22886150.

16. Correia S.C., Santos R.X., Santos M.S. et al. Mitochondrial abnormalities in a streptozotocin-induced rat model of sporadic Alzheimer’s disease. Curr Alzheimer Res 2013; 10: 406–419. PMID: 23061885.

17. Ishrat T., Hoda M.N., Khan M.B. et al. Amelioration of cognitive deficits and neurodegeneration by curcumin in rat model of sporadic dementia of Alzheimer’s type (SDAT). Eur Neuropsychopharmacol 2009; 19: 636–647. DOI: 10.1016/j.euroneuro.2009.02.002. PMID: 19329286.

18. Paxinos G., Watson Ch. The rat brain in stereotaxic coordinates. 4th edition. Acafemic Press, 1998.

19. Горячева М.А., Макарова М.Н. Особенности проведения глюкозотолерантного теста у мелких лабораторных грызунов (мыши и крысы). Международный вестник ветеринарии 2016; 3: 155-159.

20. Назаренко Г.И., Кишкун А.А. Клиническая оценка результатов лабораторных исследований. М.: Медицина, 2000. 544 с.

21. Junod A., Lambert A.E., Stauffacher W. et al. Diabetogenic action of streptozotocin: relationship of dose to metabolic response. J Clin Invest 1969; 48:2129–2139. DOI: 10.1172/JCI106180. PMID: 4241908.

22. Lanfray D., Arthaud S., Ouellet J. et al. Gliotransmission and brain glucose sensing: critical role of endozepines. Diabetes 2013; 62: 801–810. DOI: 10.2337/ db11-0785. PMID: 23160530.

23. Grünblatt E., Salkovic-Petrisic M., Osmanovic J. et al. Brain insulin system dysfunction in streptozotocin intracerebroventricularly treated rats generates hyperphosphorylatedtau protein. J Neurochem 2007; 101: 757–770. DOI:10.1111/j.1471-4159.2006.04368.x. PMID: 17448147.

24. Knezovic А., Loncar A., Homolak J. et al. Rat brain glucose transporter-2, insulin receptor and glial expression are acute targets of intracerebroventricular streptozotocin: risk factors for sporadic Alzheimer’s disease? J Neural Transm 2017; 124(6): 695–708. DOI: 10.1007/s00702-017-1727-6. PMID: 28470423.

25. de la Monte S.M. Type 3 diabetes is sporadic Alzheimer s disease: Mini-review. Eur Neuropsychopharmacol 2014; 24: 1954–1960. DOI: 10.1016/j.euroneuro.2014.06.008. PMID: 25088942.

26. de la Monte S.M., Tong M. Brain metabolic dysfunction at the core of Alzheimer’s disease. Biochem Pharmacol 2014; 88: 548–559. DOI: 10.1016/j.bcp.2013.12.012. PMID: 24380887.

27. Lester-Coll N., Rivera E.J., Soscia S.J. et al. Intracerebral streptozotocin model of type 3 diabetes: relevance to sporadic Alzheimer’s disease. J Alzheimers Dis 2006; 9: 13–33. DOI: 10.3233/JAD-2006-9102. PMID: 16627931.

28. de la Monte S.M., Tong M., Lester-Coll N. et al. Therapeutic rescue of neurodegeneration in experimental type 3 diabetes: relevance to Alzheimer’s disease. J Alzheimers Dis 2006; 10: 89–109. DOI: 10.3233/JAD-2006-10113. PMID:16988486.

29. Iliff J.J., Wang M., Liao Y. et al. A paravascular pathway facilitates CSF flow through the brain parenchyma and the clearance of interstitial solutes, including amyloid β. Sci Transl Med 2012; 4: 147. DOI: 10.1126/scitranslmed.3003748. PMID: 22896675.

30. Blondel O., Portha B. Early appearance of in vivo insulin resistance in adult streptozotocin-injected rats. Diabete Metab 1989; 15: 382–387. PMID: 2697607.

31. Ju C., Yue W., Yang Z. et al. Antidiabetic effect and mechanism of chitooligosaccharides. Biol Pharm Bull 2010; 33(9): 1511–1516. DOI: 10.1248/bpb.33.1511. PMID: 20823566.

32. Panchal S.K., Poudyal H., Iyer A. et al. High-carbohydrate, high-fat diet-induced metabolic syndrome and cardiovascular remodeling in rats. J Cardiovasc Pharmacol 2011; 57(5): 611–624. DOI: 10.1097/FJC.0b013e3181feb90a. PMID: 21572266.

33. Fine J.M., Forsberg A.C., Stroebel B.M. et al. Intranasal deferoxamine affects memory loss, oxidation, and the insulin pathway in the streptozotocin rat model of Alzheimer’s disease. J Neurol Sci 2017; 380: 164-171. DOI: 10.1016/j. jns.2017.07.028. PMID: 28870559.

34. Ayala J.E., Bracy D.P., McGuinness O.P. et al. Considerations in the design of hyperinsulinemic-euglycemic clamps in the conscious mouse. Diabetes 2006;55: 390–397. DOI: 10.2337/diabetes.55.02.06.db05-0686. PMID: 16443772.

35. Muniyappa R., Lee S., Chen H. et al. Current approaches for assessing insulin sensitivity and resistance in vivo: advantages, limitations, and appropriate usage. Am J Physiol Endocrinol Metab 2008; 294: 15–26. DOI: 10.1152/ajpendo. 00645.2007. PMID: 17957034.

36. Бутакова С.С., Ноздрачёв А.Д. Влияние кальцитонина на характер алиментарной гипергликемии у крыс разного возраста и пола Успехи геронтологии 2010; 23(2): 213-220.

37. Knezovic A., Osmanovic-Barilar J., Curlin M. et al. Staging of cognitive deficits and neuropathological and ultrastructural changes in streptozotocin-induced rat model of Alzheimer’s disease. J Neural Transm 2015; 122(4): 577-592. DOI:10.1007/s00702-015-1394-4. PMID: 25808906.

38. Morales R., Duran-Aniotz C., Castilla J. et al. De novo induction of amyloid-β deposition in vivo. Mol Psychiatry 2012; 17(12): 1347-1353. DOI: 10.1038/mp.2011.120. PMID: 21968933.


Ключевые слова

болезнь Альцгеймера; стрептозоцин; нейродегенерация; углеводный обмен; глюкозотолерантный тест

Полный текст:

PDF



DOI: http://dx.doi.org/10.25692/ACEN.2018.5.10