Мілдронат покращує пізнання та зменшує патологію амілоїд-β у трансгенних мишей із хворобою Альцгеймера

Ульріка Бейтнере

1 Кафедра фармакології медичного факультету Латвійського університету, Рига, Латвія

Томас ван Грін

2 Відділ клітинної, розвитку та інтегративної біології, Університет Алабами в Бірмінгемі, Бірмінгем, Алабама

Ашиш Кумар

2 Відділ клітинної, розвивальної та інтегративної біології, Університет Алабами в Бірмінгемі, Бірмінгем, Алабама

Байба Янсоне

1 Кафедра фармакології медичного факультету Латвійського університету, Рига, Латвія

Вія Клуса

1 Кафедра фармакології медичного факультету Латвійського університету, Рига, Латвія

Інга Кадіш

Анотація

Раніше було показано, що мілдронат, ліки, що містять карнітин, забезпечує нейропротекцію в індукованій азидотимідином мишачої моделі нейротоксичності та на моделі щурів хвороби Паркінсона. Метою цього дослідження було дослідити вплив лікування мілдронатом на когніцію та патологію у мишей-моделей хвороби Альцгеймера (AD) (APPSweDI). Мілдронат вводили внутрішньовенно. щодня по 50 або 100 мг/кг протягом 28 днів. В кінці лікування тварини проходили поведінкові та когнітивні тести, а мозок оцінювали на патологію, пов’язану з АД, запалення, синаптичні маркери та ацетилхолінотеразу (AChE). Дані показують, що лікування мілдронатом значно покращувало продуктивність тварин у водному лабіринті та тести соціального розпізнавання, знижувало відкладення амілоїду β в гіпокампі, збільшувало експресію маркера мікроглії Iba-1 та зменшувало фарбування AChE, хоча це не змінювало експресію білків бере участь у синаптичній пластичності (GAP-43, синаптофізин та GAD67). У сукупності ці висновки вказують на здатність мілдронату покращувати пізнання та зменшувати патологію амілоїд-β на мишачій моделі АД та його можливу терапевтичну користь як препарату, що модифікує захворювання у хворих на АД.

Хвороба Альцгеймера (БА) пов’язана із зниженням когнітивних функцій, що призводить до функціональних порушень та втрати незалежності. Широко визнано, що АД представляє виклик для суспільства та медичних працівників (Wimo et al., 2011). Отже, необхідність у розробці ефективних методів лікування для лікування та/або відстрочки початку цієї хвороби залишається нагальною.

Двома патологічними ознаками мозку АД є позаклітинне накопичення амілоїд-β-пептиду (Aβ) у невритичних бляшках та внутрішньоклітинні нейрофібрилярні клубки, що складаються з гіперфосфорильованого білка тау (Karran et al., 2011). Крім того, спостерігається зменшення кількості нейронів, особливо в гіпокампі та енторіальній корі (Lippa et al., 1992; West et al., 1994) та синапсах (Terry et al., 1991), при цьому нейрохімічні зміни впливають на холінергічні шляхи (Craig et al., 2011). Крім того, запальні процеси та дисфункція мітохондрій можуть відігравати важливу роль у прогресуванні захворювання (Ballard et al., 2011).

В даний час існуючі препарати від Альцгеймера надають деякі симптоматичні переваги протягом 12 місяців, але досі відсутні засоби, що модифікують захворювання (Corbett et al., 2012). Нещодавно невдачі численних нових методів модифікації захворювань у клінічних випробуваннях вказують на те, що додаткова стратегія, що базується на репозиції лікарських засобів, схвалених для інших показань, може бути більш перспективною. Репозиціонування лікарських засобів - це застосування встановлених лікарських сполук до нових терапевтичних показань і було основою успішних методів терапії (Hubsher et al., 2012), особливо завдяки їх встановленим записам безпеки, що є важливою перевагою перед новими сполуками (Ashburn and Thor, 2004).

У цьому дослідженні вперше досліджено дію мілдронату на трансгенних AD мишей APPSweDI. Ці миші експресують людський амілоїдний білок-попередник (APP) із шведською, голландською та айовською мутаціями на фоні C57BL/6. Ця модель миші розвиває раннє та надійне накопичення β у мозку з високим зв’язком з мозковими мікросудинами, а також розвиває ранні когнітивні дефіцити (Davis et al., 2004). Ми тестували мишей у різних поведінкових (відкрите поле, нульовий лабіринт) та когнітивних (соціальне визнання та водний лабіринт) завданнях. Крім того, патологію АД оцінювали в гіпокампі імуногістохімічно та вестерн-блот. Патологію AD оцінювали на вміст Aβ, GFAP, Iba-1, глутаматдекарбоксилази 67 (GAD67), білка, пов’язаного з ростом 43 (GAP-43), синаптофізину та ацетилхолін-терази (AChE). 28-денне лікування мілдронатом суттєво покращило когнітивні показники у водному лабіринті та завдання соціального розпізнавання та знизило патологію Aβ та експресію AChE.

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ

Тварини

Оригінальні миші Tg APPSweDI були отримані від доктора Ван Ностранда (SUNY Stony Brook, Stony Brook, NY) і містяться на місцях у колонії. Для цього дослідження ми використовували три групи самок мишей віком 4 місяці (n = 36). Тварин утримували по п’ять кліток у контрольованому середовищі в Університеті Алабами в Бірмінгемському центрі догляду за тваринами (температура 22 ° C, вологість 50–60%, з 12-годинним циклом світло/темрява); їжа та вода були доступні за бажанням. Всі зусилля були докладені для мінімізації страждань тварин та зменшення кількості використовуваних тварин. Експерименти проводились відповідно до місцевих керівних принципів Комітету з догляду та використання тварин (IACUC).

Хімікати

Мілдронат [3- (2,2,2-триметилгідразіній) пропіонат дигідрат] був отриманий від Акціонерного товариства «Гріндекс» (Рига, Латвія), розчинений у фізіологічному розчині та приготований у вигляді 1% -ного маточного розчину.

Експериментальний дизайн

Мишей рандомізували в одну з трьох експериментальних груп, що відповідають вазі (n = 12/група); середня вага становила 21 ± 2 г; і мілдронат у дозах 50 мг/кг (група М50) або 100 мг/кг (група М100) або контроль (фізіологічний розчин) вводили внутрішньочеревно (внутрішньочеревно) щодня протягом 28 днів. Через два тижні після початку лікування тварин тестували за двома поведінковими завданнями, тобто тестом на відкритому полі та нульовим лабіринтом. Протягом наступного тижня вони проходили тести на соціальне визнання та тести на водний лабіринт. По закінченні поведінкових тестів, тобто через 4 тижні після початку лікування, тварин забивали для гістопатологічного та біохімічного аналізу.

Мишей глибоко знеболювали і жертвували закаркальною перфузією холодним сольовим розчином. Мозок видаляли відразу після обезголовлення і розрізали навпіл у сагітальній площині. Ліву півкулю розсікали на чотири частини (ростральна кора, каудальна кора, гіпокамп та середній мозок/стовбур мозку) і зберігали при -80 ° C для аналізу Вестерн-блот (WB). Праву півкулю занурення зафіксували у 4% параформальдегіді протягом 24 годин, кріозахистили в 30% сахарозі в 0,1 М фосфатному буфері протягом додаткових 24 годин і зберігали в розчині антифризу при −20 ° C до часу секціонування.

Поведінкова та когнітивна оцінка

Коротко, тест на відкритому полі та нульовий лабіринт використовували для оцінки руху, пошукової діяльності та тривоги. Соціальне визнання та тест на водний лабіринт використовувались для вимірювання когнітивних здібностей тварин. Тварин виводили на арену і спостерігали за ними за допомогою камерної системи відстеження, тобто Ethovision (Noldus, Нідерланди). Лабіринт відкритого поля - це арена площею 42 на 42 см із чіткими граніними оргсклом (висота 20 см). Арена поділяється на дві зони, відкриту центральну зону та бік біля стіни. Цей тест вимірює активність та тривожність, тобто час, проведений у „відкритому” центрі проти „безпечної” сторони. Нульовий лабіринт складається з кругового лабіринту (діаметром 70 см), який піднімається на 40 см над столом і розділений на чотири рівні частини. Дві частини мають сторони з непрозорого матеріалу висотою 15 см, а дві частини мають лише стінку висотою 0,5 см, тобто дві відкриті зони та дві закриті зони. Тест вимірює тривожність у тварини; тобто скільки часу тварина проводить у відкритих проти закритих, «безпечних» зонах?