Нейроваскулярное взаимодействие и церебральная перфузия при старении, церебральной микроангиопатии и болезни Альцгеймера

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Сохранность нейроваскулярной единицы (НВЕ) и взаимодействия ее элементов является основой функционирования головного мозга. Исключительность НВЕ в обеспечении метаболизма всех церебральных процессов обосновывает облигатность участия в патофизиологии широкого круга неврологических заболеваний. Установленное сходство структурных изменений в НВЕ на ранних стадиях старения и гипертензивной церебральной микроангиопатии (ЦМА) позволяет предполагать единство патогенетических механизмов ее повреждения при разных типах патологических процессов и, с учетом обратимости ранних изменений нейроваскулярного взаимодействия (НВВ), дает возможность рассматривать некоторые формы ЦМА в качестве вариантов раннего ускоренного старения сосудистой стенки. Понимание повреждения мелких сосудов в качестве значимого фактора риска болезни Альцгеймера и смешанных форм деменций положило начало пересмотру представлений о развитии когнитивных расстройств. Показана универсальная роль ранних нарушений НВВ в развитии разных видов деменций. Последующие исследования должны улучшить понимание механизмов нарушений НВВ, роль классических и вновь уточняемых факторов риска в их развитии и возможности превентивных стратегий. Очевидно, что успехи могут быть достигнуты при совместной работе исследователей в области нейронаук, позволяющей адаптировать достижения в области фундаментальных исследований в прикладные разработки, востребованные в клинической практике.

Об авторах

Лариса Анатольевна Добрынина

ФГБНУ «Научный центр неврологии»

Автор, ответственный за переписку.
Email: dobrla@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9929-2725

д.м.н., г.н.с., рук. 3-го неврологического отделения

Россия, Москва

Список литературы

  1. Zlokovic B. V. Neurovascular pathways to neurodegeneration in Alzheimer’s disease and other disorders. Nat Rev Neurosci 2011; 12 (12): 723. DOI:org/10.1038/nrn3114. PMID: 22048062.
  2. World Health Organization. Dementia: a public health priority. 2012. www.who.int/mental_health/publications/dementia_report_2012/en/
  3. Zhao Z., Nelson A.R., Betsholtz C., Zlokovic B.V. Establishment and dysfunction of the blood-brain barrier. Cell 2015; 163 (5): 1064–1078. doi: 10.1016/j.cell.2015.10.067. PMID: 26590417.
  4. Kisler K., Nelson A.R., Montagne A., Zlokovic B.V. Cerebral blood flow regulation and neurovascular dysfunction in Alzheimer disease. Nat Rev Neurosci 2017; 18 (7): 419. doi: 10.1038/nrn.2017.48. PMID: 28515434.
  5. Fernández-Klett F., Offenhauser N., Dirnagl U. et al. Pericytes in capillaries are contractile in vivo, but arterioles mediate functional hyperemia in the mouse brain. Proc Natl Acad Sci USA 2010; 107 (51): 22290–22295. DOI: org/10.1073/pnas.1011321108. PMID: 21135230.
  6. Dunn K.M., Nelson M.T. Neurovascular signaling in the brain and the pathological consequences of hypertension. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2013; 306 (1): H1–H14. doi: 10.1152/ajpheart.00364.2013. PMID: 24163077.
  7. Sakadžić S., Mandeville E.T., Gagnon L. et al. Large arteriolar component of oxygen delivery implies a safe margin of oxygen supply to cerebral tissue. Nat Commun 2014; 5: 5734. doi: 10.1038/ncomms6734. PMID: 25483924.
  8. Amin-Hanjani S., Du X., Pandey D.K. et al. Effect of age and vascular anatomy on blood flow in major cerebral vessels. J Cerebral Blood Flow Metab 2015;35 (2): 312–318. DOI: dx.DOI.org/10.1038/jcbfm.2014.203. PMID: 25388677.
  9. Zonta M., Angulo M.C., Gobbo S. et al. Neuron-to-astrocyte signaling is central to the dynamic control of brain microcirculation. Nat Neurosci 2003; 6 (1):43. DOI: dx.DOI.org/10.1038/nn980. PMID: 12469126.
  10. Hyder F., Patel A.B., Gjedde A. et al. Neuronal–glial glucose oxidation and glutamatergic–GABAergic function. J Cerebral Blood Flow Metab 2006; 26 (7):865–877. DOI: org/10.1038%2Fsj.jcbfm.9600263. PMID: 16407855.
  11. Straub S.V., Nelson M.T. Astrocytic calcium signaling: the information currency coupling neuronal activity to the cerebral microcirculation. Trends Cardiovasc Med 2007; 17 (6): 183–190. DOI: org/10.1016/j.tcm.2007.05.001. PMID: 17662912.
  12. Gordon G.R., Mulligan S.J., MacVicar B.A. Astrocyte control of the cerebrovasculature. Glia 2007; 55 (12): 1214–1221. DOI: org/10.1002/glia.20543. PMID: 17659528.
  13. Rosenegger D.G., Tran C.H.T., Cusulin J.I.W., Gordon G.R. Tonic local brain blood flow control by astrocytes independent of phasic neurovascular coupling. J Neurosci 2015; 35 (39): 13463–13474. DOI: dx.DOI.org/10.1523/JNEUROSCI.1780-15.2015. PMID: 26424891
  14. Filosa J.A., Bonev A.D., Straub S.V. et al. Local potassium signaling couples neuronal activity to vasodilation in the brain. Nat Neurosci 2006; 9 (11): 1397. DOI: org/10.1038/nn1779. PMID: 17013381.
  15. Toth P., Tarantini S., Davila A. et al. Purinergic glio-endothelial coupling during neuronal activity: role of P2Y1 receptors and eNOS in functional hyperemia in the mouse somatosensory cortex. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2015;309 (11): H1837–H1845. DOI: dx.DOI.org/10.1152/ajpheart.00463.2015.PMID: 26453330.
  16. Neuwelt E. A., Bauer B., Fahlke C. et al. Engaging neuroscience to advance translational research in brain barrier biology. Nat Rev Neurosci 2011; 12 (3): 169. DOI: org/10.1038/nrn2995. PMID: 21331083.
  17. Kliche K., Jeggle P., Pavenstädt H., Oberleithner H. Role of cellular mechanics in the function and life span of vascular endothelium. Pflügers Arch 2011; 462 (2): 209–217. doi: 10.1007/s00424-011-0929-2. PMID: 21318292.
  18. Wang M., Jiang L., Monticone R.E., Lakatta E.G. Proinflammation: the key to arterial aging. Trends Endocrin Metab 2014; 25 (2): 72–79. DOI: 10.1016/j. tem.2013.10.002. PMID: 24365513.
  19. Csiszar A., Labinskyy N., Zhao X. et al. Vascular superoxide and hydrogen peroxide production and oxidative stress resistance in two closely related rodent species with disparate longevity. Aging Cell 2007; 6 (6): 783–797. DOI:org/10.1111/j.1474-9726.2007.00339.x. PMID: 17925005.
  20. Kao C.L., Chen L.K., Chang Y.L. et al. Resveratrol protects human endothelium from H2O2-induced oxidative stress and senescence via SirT1 activation. J Atheroscler Thromb 2010; 17 (9): 970–979. PMID: 20644332.
  21. Asai K., Kudej R. K., Shen Y.T. et al. Peripheral vascular endothelial dysfunction and apoptosis in old monkeys. Arterioscler Thromb Vasc Biol 2000; 20 (6):1493–1499. doi: 10.1161/01.ATV.20.6.1493. PMID: 10845863.
  22. Tanaka Y., Moritoh Y., Miwa N. Age – dependent telomere – shortening is repressed by phosphorylated α-tocopherol together with cellular longevity and intracellular oxidative – stress reduction in human brain microvascular endotheliocytes. J Cell Biochem 2007; 102 (3): 689–703. DOI: org/10.1002/jcb.21322.PMID: 17407150.
  23. Wang M., Zhang J., Walker S. J. et al. Involvement of NADPH oxidase in age-associated cardiac remodeling. J Mol Cell Cardiol 2010; 48 (4): 765–772. doi: 10.1016/j.yjmcc.2010.01.006. PMID: 20079746.
  24. Chen J., Huang X., Halicka D. et al. Contribution of p16 INK4a and p21 CIP1 pathways to induction of premature senescence of human endothelial cells: permissive role of p53. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2006; 290 (4): H1575–H1586. DOI:org/10.1152/ajpheart.00364.2005. PMID: 16243918.
  25. Wang M., Zhang J., Jiang L. Q. et al. Proinflammatory profile within the grossly normal aged human aortic wall. Hypertension 2007; 50 (1): 219–227. doi: 10.1161/HYPERTENSIONAHA.107.089409. PMID: 17452499
  26. Mistry Y., Poolman T., Williams B., Herbert K. E. A role for mitochondrial oxidants in stress-induced premature senescence of human vascular smooth muscle cells. Redox Biol 2013; 1 (1): 411–417. DOI: org/10.1016/j.redox.2013.08.004.PMID: 24191234.
  27. Ragnauth C.D., Warren D.T., Liu Y. et al. Prelamin A acts to accelerate smooth muscle cell senescence and is a novel biomarker of human vascular aging. Circulation 2010; 121 (20): 2200–2210. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.109.902056. PMID: 20458013.
  28. Csiszar A., Sosnowska D., Wang M. et al. Age-associated proinflammatory secretory phenotype in vascular smooth muscle cells from the non-human primate Macaca mulatta: reversal by resveratrol treatment. J Gerontol A Biomed Sci Med Sci 2012; 67 (8): 811–820. DOI: org/10.1093/gerona/glr228. PMID: 22219513.
  29. Wang M., Lakatta E. G. The salted artery and angiotensin II signaling: a deadly duo in arterial disease. J Hypertension 2009; 27 (1): 19. DOI: org/10.1097%2FHJH.0b013e32831d1fed. PMID: 19050444.
  30. Wang M., Zhang, J., Telljohann R. et al. Chronic matrix metalloproteinase inhibition retards age-associated arterial proinflammation and increase in blood pressure. Hypertension 2012; 60 (2): 459–466. DOI: org/10.1161%2FHYPERTENSIONAHA.112.191270. PMID: 22689745.
  31. Wang Y. L, Liu L. Z., He Z. et al. Phenotypic transformation and migration of adventitial cells following angioplasty. Exp Ther Med. 2012; 4 (1): 26–32. doi: 10.3892/etm.2012.551. PMID: 23060918.
  32. Toth P., Tarantini S., Csiszar A. et al. Functional vascular contributions to cognitive impairment and dementia: mechanisms and consequences of cerebral autoregulatory dysfunction, endothelial impairment, and neurovascular uncoupling in aging. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2016; 312 (1): H1–H20. doi: 10.1152/ajpheart.00581.2016. PMID: 27793855.
  33. Zhang N., Gordon M. L., Ma Y. et al. The age-related perfusion pattern measured with arterial spin labeling MRI in healthy subjects. Front Aging Neurosci 2018; 10: 214. doi: 10.3389/fnagi.2018.00214. PMID: 30065646.
  34. Rolita L., Verghese, J. Neurovascular coupling: Key to gait slowing in aging Ann Neurol 2011; 70 (2): 189–191. DOI: org/10.1002/ana.22503. PMID: 21823151.
  35. Tarantini S., Tran C.H., Gordon G.R. et al. Impaired neurovascular coupling in aging and Alzheimer’s disease: Contribution of astrocyte dysfunction and endothelial impairment to cognitive decline. Exp Gerontol. 2017; 94: 52–58. doi: 10.1016/j.exger.2016.11.004. PMID: 27845201.
  36. Østergaard L., Engedal T.S., Moreton F. et al. Cerebral small vessel disease: capillary pathways to stroke and cognitive decline. J Cerebral Blood Flow Metab 2016; 36 (2): 302–325. doi: 10.1177/0271678X15606723. PMID: 26661176.
  37. Stanimirovic, D.B., Friedman A. Pathophysiology of the neurovascular unit: disease cause or consequence? J Cerebral Blood Flow Metab 2012; 32 (7): 1207–1221. doi: 10.1038/jcbfm.2012.25. PMID: 22395208.
  38. Kotsis V., Antza C., Doundoulakis I., Stabouli S. Markers of early vascular ageing. Curr Pharm Des 2017; 23 (22): 3200–3204. DOI:org/1381612823666170328142433. PMID: 28356037.
  39. Schreiber S., Bueche C. Z., Garz C. et al. The pathologic cascade of cerebrovascular lesions in SHRSP: is erythrocyte accumulation an early phase? J Cerebral Blood Flow Metab 2012; 32 (2): 278–290. doi: 10.1038/jcbfm.2011.122.PMID: 21878945.
  40. Sokolova I.A., Manukhina E.B., Blinkov et al. Rarefication of the arterioles and capillary network in the brain of rats with different forms of hypertension.Microvasc Res. 1985; 30 (1): 1–9. DOI: org/10.1016/0026-2862(85)90032-9.PMID: 4021832.
  41. Ганнушкина И.В., Лебедева Н.В. Гипертоническая энцефалопатия. М.: Медицина, 1987.
  42. Гулевская Т.С., Моргунов В.А. Патологическая анатомия нарушений мозгового кровообращения при атеросклерозе и артериальной гипертонии. М.: Медицина, 2009.
  43. de La Torre J. C. Cardiovascular risk factors promote brain hypoperfusion leading to cognitive decline and dementia. Cardiovasc Psychiatry Neurol 2012; 2012: 1–15. doi: 10.1155/2012/367516.
  44. Pires P.W., Dams Ramos C.M., Matin N., Dorrance A.M. The effects of hypertension on the cerebral circulation. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2013; 304 (12): H1598–H1614. doi: 10.1152/ajpheart.00490.2012. PMID: 23585139.
  45. Cipolla M.J. The cerebral circulation. Integrated systems physiology: From molecule to function. 2009; 1 (1): 1–59. PMID: 21452434.
  46. Coyle P. Dorsal cerebral collaterals of stroke – prone spontaneously hypertensive rats (SHRSP) and Wistar Kyoto rats (WKY). Anat Rec 1987; 218 (1):40–44. doi: 10.1002/ar.1092180108. PMID: 3605659.
  47. Oyama N., Yagita Y., Kawamura M. et al. Cilostazol, not aspirin, reduces ischemic brain injury via endothelial protection in spontaneously hypertensive rats. Stroke 2011; 2571–2577. doi: 10.1161/STROKEAHA.110.60983. PMID: 21799161.
  48. Touyz R.M., Briones A.M. Reactive oxygen species and vascular biology: implications in human hypertension. Hypertens Res 2011; 34 (1): 5. doi: 10.1038/hr.2010.201. PMID: 20981034.
  49. Yenari M.A., Xu L., Tang X.N. et al. Microglia potentiate damage to blood– brain barrier constituents: improvement by minocycline in vivo and in vitro. Stroke. 2006; 37(4): 1087–1093. doi: 10.1161/01.str.0000206281.77178.ac. PMID: 16497985.
  50. Oberleithner H., Wilhelmi M. Vascular glycocalyx sodium store-determinant of salt sensitivity? Blood Purif 2015; 39 (1–3): 7–10. doi: 10.1159/000368922.PMID: 25659848.
  51. Iadecola C. The overlap between neurodegenerative and vascular factors in the pathogenesis of dementia. Acta Neuropathol 2010; 120 (3): 287–296. doi: 10.1007/s00401-010-0718-6. PMID: 20623294.
  52. Deramacourt V., Slade J.Y., Oakley A. E. et al. Staging and natural history of cerebrovascular pathology in dementia. Neurology 2012; 78 (14): 1043–1050. DOI: org/10.1212/wnl.0b013e31824e8e7f. PMID: 22377814.
  53. Grinberg L.T., Nitrini R., Suemoto C.K. et al. Prevalence of dementia subtypes in a developing country: a clinicopathological study. Clinics 2013; 68 (8):1140–1145. doi: 10.6061/clinics/2013(08)13. PMID: 24037011.
  54. Livingston G., Sommerlad A., Orgeta V. et al. Dementia prevention, intervention, and care. Lancet 2017; 390 (10113): 2673–2734. doi: 10.1016/S0140-6736(17)31363-6. PMID: 28735855.
  55. Den Abeelen A.S., Lagro J., van Beek A.H., Claassen J.A. Impaired cerebral autoregulation and vasomotor reactivity in sporadic Alzheimer’s disease. Curr Alzheimer Res 2014; 11: 11–17. DOI: org/10.2174/1567205010666131119234845.
  56. Suri S., Mackay C. E., Kelly M. E. et al. Reduced cerebrovascular reactivity in young adults carrying the APOE ε4 allele. Alzheimers Dement 2015; 11 (6):648–657. doi: 10.1016/j.jalz.2014.05.1755. PMID: 25160043.
  57. Yezhuvath U.S., Uh J., Cheng Y. et al. Forebrain-dominant deficit in cerebrovascular reactivity in Alzheimer’s disease. Neurobiol Aging 2012; 33 (1): 75–82. DOI: org/10.1016/j.neurobiolaging.2010.02.005. PMID: 20359779.
  58. Ruitenberg A., den Heijer T., Bakker S. L. et al. Cerebral hypoperfusion and clinical onset of dementia: the Rotterdam Study. Ann Neurol 2005; 57 (6): 789–794. doi: 10.1002/ana.20493. PMID: 15929050.
  59. Hirao K., Ohnishi T., Matsuda H. et al. Functional interactions between entorhinal cortex and posterior cingulate cortex at the very early stage of Alzheimer’s disease using brain perfusion single-photon emission computed tomography. Nucl Med Commun 2006; 27 (2): 151–156. doi: 10.1097/01.mnm.0000189783.39411.ef. PMID: 16404228.
  60. Daulatzai M.A. Cerebral hypoperfusion and glucose hypometabolism: key pathophysiological modulators promote neurodegeneration, cognitive impairment, and Alzheimer’s disease. J Neurosci Res 2016; 95: 943–972. doi: 10.1002/jnr.23777. PMID: 27350397.
  61. Thambisetty M., Beason-Held L., An Y. et al. APOE ε4 genotype and longitudinal changes in cerebral blood flow in normal aging. Arch Neurol 2010; 67:93–98. doi: 10.1001/archneurol.2009.913. PMID: 20065135.
  62. Reiman E. M., Chen K., Alexander G. E., Caselli R. J et al. Functional brain abnormalities in young adults at genetic risk for late-onset Alzheimer’s dementia. Proc Natl Acad Sci USA 2004; 101 (1): 284-289. doi: 10.1073/pnas.2635903100.PMID: 14688411.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Dobrynina L.A., 2018

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77-83204 от 12.05.2022.


Данный сайт использует cookie-файлы

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

О куки-файлах