Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2022. Том 67. № 5
DOI: 10.33266/1024-6177-2022-67-5-10-17
А.С. Жирник, А.В. Родина, Ю.П. Семочкина,
О.В. Высоцкая, О.Д. Смирнова, М.Г. Ратушняк, Е.Ю. Москалева
КОГНИТИВНЫЕ НАРУШЕНИЯ И СОСТОЯНИЕ ГЛИАЛЬНЫХ КЛЕТОК МОЗГА В ОТДАЛЕННЫЙ ПЕРИОД
ПОСЛЕ ГАММА-ОБЛУЧЕНИЯ ГОЛОВЫ МЫШЕЙ
Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Москва
Контактное лицо: Александр Сергеевич Жирник, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
РЕФЕРАТ
Цель: Исследовать влияние фракционированного γ-облучения головы в суммарной дозе 20 Гр на когнитивные функции, состояние глиальных клеток мозга и экспрессию генов ряда цитокинов у мышей через 2 мес после облучения.
Материал и методы: Самцов мышей линии C57BL/6 подвергали фракционированному γ-облучению головы в суммарной дозе
20 Гр (5 сеансов по 4 Гр). Через 2 мес после облучения оценивали поведение и когнитивные функции животных, в препаратах клеток, выделенных из головного мозга, определяли содержание клеток покоящейся и активированной микроглии, клеток микроглии с M1- и M2-фенотипом, количество астроцитов и пролиферирующих клеток, а также анализировали относительный уровень мРНК генов про- и противовоспалительных цитокинов (TNFα, IL-1β, IL-6, IL-4 и TGFβ) в гиппокампе.
Результаты: Показано, что фракционированное γ-облучение головы через 2 мес не влияет на двигательную активность и обстановочную ассоциативную память мышей, однако приводит к нарушению эпизодической памяти, оцениваемой в тесте «распознавание нового объекта» по индексу распознавания (0,44 ± 0,08 и 0,02 ± 0,09 в контрольной и облученной группах соответственно), и снижению пространственной памяти, оцениваемой в тесте «водный лабиринт Морриса» по времени в «целевом» квадранте (46,8 ± 2,4 % и 37,4 ± 2,8 % в контрольной и облученной группах соответственно). Воздействие γ-излучения приводило к значительному снижению содержания клеток микроглии (Iba1+-клеток) и астроцитов (GFAP+-клеток) в головном мозге мышей с одновременным увеличением доли клеток активированной микроглии (СD11b+/СD45high-клеток) в 2,5 раза (с 2,0 ± 0,2 % в контроле до 4,9 ± 0,5 %), изменению соотношения M1- / M2-микроглии, а также к значимому уменьшению общего количества пролиферирующих клеток (BrdU+) и пролиферирующих клеток микроглии. Через 2 мес после облучения обнаружено возрастание экспрессии мРНК гена провоспалительного цитокина TNFα, снижение уровня экспрессии гена противовоспалительного цитокина TGFβ и достоверное повышение уровня экспрессии гена IL-4.
Заключение: Показано, что фракционированное γ-облучение головы в суммарной дозе 20 Гр приводит к снижению эпизодической и пространственной памяти у мышей через 2 мес после воздействия. Обнаруженные когнитивные нарушения обусловлены развитием нейровоспаления, характеризующегося увеличением доли клеток активированной микроглии в головном мозге и изменением профиля экспрессии генов про- и противовоспалительных цитокинов в гиппокампе.
Ключевые слова: головной мозг, гиппокамп, микроглия, активированная микроглия, астроциты, нейровоспаление, цитокины, экспрессия генов, фракционированное облучение, когнитивные функции, мыши
Для цитирования: Жирник А.С., Родина А.В., Семочкина Ю.П., Высоцкая О.В., Смирнова О.Д., Ратушняк М.Г., Москалева Е.Ю. Когнитивные нарушения и состояние глиальных клеток мозга в отдаленный период после гамма-облучения головы мышей // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2022. Т. 67. № 5. С. 10–17. DOI: 10.33266/1024-6177-2022-67-5-10-17
Список литературы
1. Katano A., Yamashita H. Brain Metastasis: Recent Treatment Modalities and Future-Perspectives // Oncol. Lett. 2022. V.23, No. 6. P. 191. DOI: 10.3892/ol.2022.13311.
2. Зайцев А.М., Куржупов М.И., Потапова Е.А., Кирсанова О.Н. Лечение метастатического поражения головного мозга // Research’n Practical Medicine Journal. 2015. Т.2,
№ 2. С. 8–14. DOI: 10.17709/2409-2231-2015-2-2-8-14.
3. Вторичное злокачественное новообразование головного мозга и мозговых оболочек: Клинические рекомендации. 2020. URL: https://rrcrst.ru/klinicheskie-rekomendaczii.html. (Дата обращения 01.07.2022).
4. Pazzaglia S., Briganti G., Mancuso M., Saran A. Neurocognitive Decline Following Radiotherapy: Mechanisms and Therapeutic Implications // Cancers (Basel). 2020. V.12, No. 1. P. 146. DOI: 10.3390/cancers12010146. PMID: 31936195.
5. Yang L., Yang J., Li G., Li Y., Wu R., Cheng J., et al. Pathophysiological Responses in Rat and Mouse Models of Radiation-Induced Brain Injury // Mol. Neurobiol. 2017. V.54, No. 2. P. 1022–1032. DOI: 10.1007/s12035-015-9628-x. PMID: 26797684.
6. Turnquist C., Harris B.T., Harris C.C. Radiation-Induced Brain Injury: Current Concepts and Therapeutic Strategies Targeting Neuroinflammation // Neuro-Oncology Advances. 2020. V.2, No. 1. P. vdaa057. DOI: 10.1093/noajnl/vdaa057. PMID: 32642709.
7. Lumniczky K., Szatmari T., Safrany G. Ionizing Radiation-Induced Immune and Inflammatory Reactions in the Brain // Front. Immunol. 2017. No. 8. P. 517. DOI: 10.3389/fimmu.2017.00517. PMID: 28529513.
8. Жирник А.С., Смирнова О.Д., Семочкина Ю.П., Шибаева К.Д., Родина А.В., Ратушняк М.Г. и др. Нарушение когнитивных функций и развитие нейровоспаления в отдаленный период после однократного γ-облучения головы мышей. Радиационная биология. Радиоэкология. 2021. Т.61, № 1. С. 32–43. DOI: 10.31857/S0869803121010112.
9. Legroux L., Pittet C.L., Beauseigle D., Deblois G., Prat A., Arbour N. An Optimized Method to Process mouse CNS to Simultaneously Analyze Neural Cells and Leukocytes by Flow Cytometry // J. Neurosci Methods. 2015. No. 247. P. 23–31. DOI: 10.1016/j.jneumeth.2015.03.021. PMID: 25819540.
10. Rao A.A., Ye H., Decker P.A., Howe C.L., Wetmore C. Therapeutic Doses of Cranial Irradiation Induce Hippocampus-Dependent Cognitive Deficits in Young Mice // Journal of Neuro-Oncology. 2011. V.105, No. 2. P. 191–198. DOI: 10.1007/s11060-011-0582-9. PMID: 21499912.
11. Karlsson N., Kalm M., Nilsson M.K., Mallard C., Bjork-Eriksson T., Blomgren K. Learning and Activity after Irradiation of the Young Mouse Brain Analyzed in Adulthood Using Unbiased Monitoring in a Home Cage Environment. Radiat // Res. 2011. V.175, No. 3. P. 336–346. DOI: 10.1667/RR2231.1.
12. Belcher E.K., Sweet T.B., Karaahmet B., Dionisio-Santos D.A., Owlett L.D., Leffler K.A., et al. Cranial Irradiation Acutely and Persistently Impairs Injury-Induced Microglial Proliferation // Brain, Behavior, & Immunity - Health. 2020. No. 4. P. 100057. DOI: 10.1016/j.bbih.2020.100057.
13. He Y., Gao Y., Zhang Q., Zhou G., Cao F., Yao S. IL-4 Switches Microglia/Macrophage M1/M2 Polarization and Alleviates Neurological Damage by Modulating the JAK1/STAT6 Pathway Following ICH // Neuroscience. 2020. No. 437. P. 161–171. DOI: 10.1016/j.neuroscience.2020.03.008.
14. Zhao X., Wang H., Sun G., Zhang J., Edwards N.J., Aronowski J. Neuronal Interleukin-4 as a Modulator of Microglial Pathways and Ischemic Brain Damage // The Journal of Neuroscience : the Official Journal of the Society for Neuroscience. 2015. V.35, No. 32. P. 11281–11291. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1685-15.2015.
15. Москалева Е.Ю., Родина А.В., Семочкина Ю.П., Высоцкая О.В. Анализ маркеров окислительного повреждения нейронов и нейровоспаления в отдаленный период после γ-облучения головы мышей в разных дозах // Радиационная биология. Радиоэкология. 2022. Т.62, № 2. С. 187–195. DOI: 10.31857/S0869803122020059.
16. Eyo U.B., Dailey M.E. Microglia: Key Elements in Neural Development, Plasticity, and Pathology // J. Neuroimmune Pharmacol. 2013. V.8, No. 3. P. 494–509. DOI: 10.1007/s11481-013-9434-z.
PDF (RUS) Полная версия статьи
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование. НИЦ «Курчатовский институт».
Участие авторов. Cтатья подготовлена с равным участием авторов.
Поступила: 20.06.2022. Принята к публикации: 25.08.2022.