Влияние ишемического посткондиционирования на реакцию микроглии неокортекса при глобальной ишемии головного мозга у крыс

Ведение. Ишемическое посткондиционирование (ИПостК) представляет собой новую концепцию в стратегии защиты головного мозга. Практически все исследования в этой области сосредоточены на изучении функционирования и выживаемости нейронов, в то время как ненейрональные клетки, подвергшиеся влиянию ИПостК, остаются неизученными. Цель – исследовать влияние ИПостК после глобальной ишемии головного мозга на изменение микроглии в неокортексе крыс Wistar в различные периоды реперфузии. Материалы и методы. У самцов крыс Wistar моделировали 10-минутную глобальную ишемию головного мозга с последующим ИПостК в виде реперфузии-ишемии по 15 с/15 с. В ранний (2 суток) и отдаленный (7 суток) реперфузионный периоды оценивали число морфологически неизмененных нейронов и Iba-1-позитивных ядросодержащих микроглиоцитов в затылочной области (occipital cortex) коры головного мозга. Результаты. Показано, что глобальная ишемия головного мозга у крыс ко 2-м суткам реперфузионного периода в затылочной области неокортекса приводит к 25,9 % (P<0,05) гибели нейронов и увеличению на 30,9 % (Р<0,05) числа Iba-1-позитивных клеток микроглии; к 7-м суткам реперфузии отмечается достоверное увеличение гибели нейронов на 34,5 % (P<0,05) и увеличение на 65,2 % (P<0,05) числа Iba-1-позитивных клеток микроглии по сравнению с аналогичными показателями в ложнооперированных группах. Установлено, что применение ИПостК ко 2-м суткам реперфузии способствует увеличению числа неизмененных нейронов в затылочной области коры головного мозга на 18,3 % (Р<0,05), которое не сопровождается значимым изменением числа Iba-1-позитивных клеток микроглии, к 7-м суткам реперфузии отмечается увеличение числа неизмененных нейронов в проанализированной области головного мозга на 23,5 % (Р<0,05), которое сопровождается уменьшением числа Iba-1-позитивных микроглиоцитов на 32,5 % (Р<0,05) при сравнении с аналогичными показателями в группах без применения ИПостК. Выводы. Результаты проведенной работы позволяют предположить, что цитопротективный эффект ИПостК для нейронов затылочной области неокортекса крыс линии Wistar в отдаленный реперфузионный период реализуется посредством блокирования инфильтрации ишемизированной области мозга как резидентными, так и рекрутируемыми клетками иммунной системы.

1. Zhao H. Ischemic postconditioning as a novel avenue to protect against brain injury after stroke. J Cereb Blood Flow Metab. 2009;29:873–885. Doi: 10.1038/jcbfm.2009.13.

2. Щербак Н. С., Русакова А. Г., Галагудза М. М. и др. Морфофункциональная характеристика микроциркуляторного русла и нейронов неокортекса после ишемического посткондиционирования // Морфология. – 2016. – Т. 49, № 5. – С. 21–27. [Shcherbak NS, Rusakova AG, Galagudza MM, Yukina GYu, Barantsevich ER, Tomson VV, Shlyakhto EV. Morphofunctional Characteristics of the Microcirculatory Bed and Neurons in the Neocortex after Ischemic Postconditioning. Neurosci Behav Physi. 2016;47:841–845. (In Russ.)]. Doi: 10.1007/s11055-017-0479-y.

3. Ding ZM, Wu B, Zhang WQ, Lu XJ, Lin YC, Geng YJ, Miao YF. Neuroprotective Effects of Ischemic Preconditioning and Postconditioning on Global Brain Ischemia in Rats through the Same Effect on Inhibition of Apoptosis. Int J Mol Sci. 2012;13(5):6089–6101. Doi: 10.3390/ijms13056089.

4. Calcia MA, Bonsall DR, Bloomfield PS, Selvaraj S, Barichello T, Howes OD. Stress and neuroinflammation: a systematic review of the effects of stress on microglia and the implications for mental illness. Psychopharmacology (Berl). 2016;233(9):1637–1650. Doi: 10.1007/s00213-016-4218-9.

5. Структурная организация микроглиоцитов стриатума после транзиторной фокальной ишемии / Д. Э. Коржевский, О. В. Кирик, Е. Г. Сухорукова, Т. Д. Власов // Морфология. –2012. – Т. 141, № 2. – С. 28–32. [Korzhevskii DE, Kirik OV, Sukhorukova EG, Vlasov TD. Structural organization of microgliosis striatum after transient focal ischemia. Morfologiia. 2012;141(2):28–32. (In Russ.)].

6. Frick LR, Williams K, Pittenger C. Microglial dysregulation in psychiatric disease. Clin Dev Immunol. 2013;608654. Doi: 10.1155/2013/608654.

7. Nakajima K, Kohsaka S. Functional roles of microglia in the brain. Neurosci. Res. 1993;17:187–203. Doi: 10.1016/0168-0102(93)90047-T.

8. Boje KM, Arora PK. Microglial-produced nitric oxide and reactive nitrogen oxides mediate neuronal cell death. Brain Res. 1992;587:250–256. Doi: 10.1016/0006-8993(92)91004-X.

9. Joo SP, Xie W, Xiong X, Xu B, Zhao H. Ischemic postconditioning protects against focal cerebral ischemia by inhibiting brain inflammation while attenuating peripheral lymphopenia in mice. Neuroscience. 2013;243:149–157. Doi: 10.1016/j.neuroscience.2013.03.062.

10. Ulbrich F, Goebel U, Böhringer D, Charalambous P, Lagrèze WA, Biermann J. Carbon monoxide treatment reduces microglial activation in the ischemic rat retina. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2016;254(10):1967–1976. Doi: 10.1007/s00417-016-3435-6.

11. Esposito E, Hayakawa K, Ahn BJ, Chan SJ, Xing C, Liang AC, Kim KW, Arai K, Lo EH. Effects of ischemic postconditioning on neuronal VEGF regulation and microglial polarization in a rat model of focal cerebral ischemia. J Neurochem. 2018;146(2):160–172. Doi: 10.1111/jnc.14337.

12. Ohsawa K, Imai Y, Kanazawa H, Sasaki Y, Kohsaka S. Involvement of Iba1 in membrane ruffling and phagocytosis of macrophages/microglia. J Cell Sci. 2000;113:3073–3084.

13. Щербак Н. С., Галагудза М. М., Кузьменков А. Н. и др. Новый способ моделирования обратимой глобальной ишемии головного мозга у крыс // Бюл. эксперим. биологии и медицины. – 2011. – Т. 152, № 11. – С. 592–595. [Shcherbak NS, Galagudza MM, Kuzmenkov AN, Ovchinnikov DA, Mitrofanova LB, Barantsevich ER, Shlyakhto EV. A new rat model of reversible global cerebral ischemia. Exp Biol Med. 2012 Mar;152(5):656–658. (In Russ.)]. Doi: 10.1007/s10517-012-1600-4.

14. Сухорукова Е. Г., Кирик О. В., Коржевский Д. Э. Применение иммуногистохимического метода для выявления микроглии головного мозга в парафиновых срезах // Бюл. эксперим. биологии и медицины. – 2010. – Т. 149, № 6. – С. 709–712. [Suchorukova EG, Kirik OV, Korzhevskii DE. The use of immunohistochemical method for detection of brain microglia in paraffin sections. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2010;149(6):768–770. (In Russ.)].

15. Kirino T. Delayed neuronal death in the gerbil hippocampus following ischemia. Brain Res. 1982;239:57–69. Doi: 10.1016/0006-8993(82)90833-2.

16. Pulsinelli WA, Buchan AM. The four-vessel occlusion rat model: method for complete occlusion of vertebral arteries and control of collateral circulation. Stroke. 1988;19:913–914. Doi: 10.1161/01.STR.19.7.913.

17. Davis EJ, Foster TD, Thomas WE. Cellular forms and functions of brain microglia. Brain Res. Bull. 1994;34:73–78. Doi: 10.1016/0361-9230(94)90189-918.

18. Хожай Л. И., Отеллин В. А. Реактивные изменения микроглии в неокортексе и гиппокампе у крыс после воздействия острой перинатальной гипоксии // Морфология. – 2013. – Т. 143, № 1. – С. 23–27. [Khozhai LI, Otellin VA. Reactive microglial changes in rat neocortex and hippocampus after exposure to acute perinatal hypoxia. Morphology. 2013;143(1):23–27. (In Russ.)].

19. Moon JB, Lee CH, Park CW, Cho JH, Hwang IK, Yoo KY, Choi JH, Shin HC, Won MH. Neuronal degeneration and microglial activation in the ischemic dentate gyrus of the gerbil. J Vet Med Sci. 2009;71(10):1381–1386. Doi: 10.1292/jvms.001381.

20. Gehrmann J, Bonnekoh P, Miyazawa T, Hossmann KA, Kreutzberg GW. Immunocytochemical study of an early microglial activation in ischemia. J Cereb Blood Flow Metab. 1992;12(2):257–269. Doi: 10.1038/jcbfm.1992.36.

21. Hwang IK, Yoo KY, Kim DW, Choi SY, Kang TC, Kim YS, Won MH. Ionized calcium-binding adapter molecule 1 immunoreactive cells change in the gerbil hippocampal CA1 region after ischemia/reperfusion. Neurochem Res. 2006;31(7):957–965. Doi: 10.1007/s11064-006-9101-3.

22. Lee JC, Ahn JH, Lee DH, Yan BC, Park JH, Kim IH, Cho GS, Kim YM, Lee B, Park CW, Cho JH, Lee HY, Won MH. Neuronal damage and gliosis in the somatosensory cortex induced by various durations of transient cerebral ischemia in gerbils. Brain Res. 2013;1510:78–88. Doi: 10.1016/j.brainres.2013.03.008.

23. Lee CH, Yoo KY, Choi JH, Park OK, Hwang IK, Kim SK, Kang IJ, Kim YM, Won MH. Neuronal damage is much delayed and microgliosis is more severe in the aged hippocampus induced by transient cerebral ischemia compared to the adult hippocampus. J Neurol Sci. 2010;294(1–2):1–6. Doi: 10.1016/j.jns.2010.04.014.

24. Gliem M, Mausberg AK, Lee JI, Simiantonakis I, van Rooijen N, Hartung HP, Jander S. Macrophages prevent hemorrhagic infarct transformation in murine stroke models. Ann Neurol. 2012;71(6):743–752. Doi: 10.1002/ana.23529.

25. Hovens I, Nyakas C, Schoemaker R. A novel method for evaluating microglial activation using ionized calcium-binding adaptor protein-1 staining: cell body to cell size ratio. Neuroimmunol. Neuroinflamm. 2014;1:82–88. Doi: 10.4103/2347-8659.139719.