Каннабиноидный рецептор 2-го типа активирует нейрогенез ­ и улучшает функциональный исход после инсульта


И. Браво-Феррер, М.И. Куартеро, Дж.Г. Заррук, Дж.М. Прадилло, О. Хуртадо, В.Г. Ромера, Дж. Диаз-Алонсо, Дж.М. Гарсиа-Сегура, М. Гузман, И. Лизасоаин, И. Галве-Ропер, М.А. Моро

Departamento de Farmacología, Facultad de Medicina, Instituto de Investigación Hospital 12 de Octubre (i+12), Departamento de Bioquímica y Biología Molecular I, Facultad de Ciencias Químicas, Instituto Ramón y Cajal de Investigación Sanitaria (IRYCIS) and Centro de Investigación Biomédica en Red Sobre Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED), Instituto Universitario de Investigación en Neuroquímica, Universidad Complutense (UCM), Madrid, Spain.
Предпосылки и цель исследования. Инсульт является основной причиной инвалидизации у взрослых, и характеризуется физическими, когнитивными и эмоциональными расстройствами. К сожалению, существует мало методов медикаментозного лечения. Каннабиноидный рецептор 2-го типа (CB2R) оказывает нейропротекторное действие при остром экспериментальном инсульте посредством активации противовоспалительных механизмов. Однако его роль в хроническом инсульте не изучена. Методы. Развитие инсульта у мышей индуцировали с помощью стойкой окклюзии средней мозговой артерии; воздействовали на CB2R путем введения агониста CB2R JWH133 – (6aR, 10aR)-3-(1,1-диметилбутил)-6а,7,10,10а-тетрагидро-6,6,9-триметил-6Н-дибензо[b,d]пирана или антагониста CB2R SR144528 – (N-[(1S)-эндо-1,3,3-триметилбицикло[2.2.1]-гептан-2-ил]-5-(4-хлор-3-метилфенил)-1-(4-метилбензил)-пиразол-3-карбоксамида) один раз в сутки с 3-го дня до окончания эксперимента или путем делеции гена CB2R. Провели анализ меченных иммунофлуоресцентным методом участков головного мозга; проводили окрашивание 5-бром-2’-дезоксиуридином (BrdU), выполняли анализ на клеточном сортере суспензий клеток головного мозга с активацией флуоресценции и проводили поведенческое тестирование. Результаты. Через 14 дней после окклюзии средней мозговой артерии введение SR144528 привело к уменьшению миграции нейробластов к границе зоны инфаркта по сравнению с таковой у мышей, получившими инертное вещество. В соответствии с этим у мышей, получивших этот препарат, как и у мышей с делецией гена CB2R, обнаружили меньшее количество новых нейронов (NeuN+/BrdU+клеток) в периинфарктной зоне через 28 дней от начала инсульта по сравнению с животными, получавшими инертное вещество, и этот эффект сопровождался ухудшением сенсомоторных характеристик при проведении поведенческого тестирования. Агонист CB2R не оказывал влияния на нейрогенез или исход in vivo, но приводил к увеличению миграции нейрональных клеток-предшественников in vitro. Сам по себе антагонист CB2R не влиял на миграцию in vitro. Выводы. Полученные данные подтверждают, что CB2R имеет основополагающее значение в процессе миграции нейробластов и влиянии на тонус эндоканнабиноидной системы, обеспечивает нейрогенез после инсульта, стимулируя миграцию нейробластов к очагу поражения вещества головного мозга, увеличивая число новых кортикальных нейронов и, предположительно, улучшая восстановление двигательных функций после инсульта.

Литература


  1. Moskowitz M.A., Lo E.H., Iadecola C. The science of stroke: mechanisms in search of treatments. Neuron. 2010;67:181–198. doi: 10.1016/j.neuron.2010.07.002.
  2. National Institute of Neurological Disorders and Stroke rt-PA Stroke Study Group. Tissue plasminogen activator for acute ischemic stroke. ­N Engl J Med. 1995;333:1581–1587.
  3. Berkhemer O.A., Fransen P.S., Beumer D., van den Berg L.A., Lingsma H.F., Yoo A.J., et al; MR CLEAN Investigators. A randomized trial of intraarterial treatment for acute ischemic stroke. N Engl J Med. 2015;372:11–20. doi: 10.1056/NEJMoa1411587.
  4. Campbell B.C., Mitchell P.J., Kleinig T.J., Dewey H.M., Churilov L., Yassi N., et al; EXTEND-IA Investigators. Endovascular therapy for ischemic stroke with perfusion-imaging selection. N Engl J Med. 2015;372:1009–1018. doi: 10.1056/NEJMoa1414792.
  5. Saver J.L., Goyal M., Bonafe A., Diener H.C., Levy E.I., Pereira V.M., et al; SWIFT PRIME Investigators. Stent-retriever thrombectomy after intravenous t-PA vs. t-PA alone in stroke. N Engl J Med. 2015;372:2285–2295. doi: 10.1056/NEJMoa1415061.
  6. Goyal M., Demchuk A.M., Menon B.K., Eesa M., Rempel J.L., Thornton J., et al; ESCAPE Trial Investigators. Randomized assessment of rapid endovascular treatment of ischemic stroke. N Engl J Med. 2015;372:1019–1030. doi: 10.1056/NEJMoa1414905.
  7. Sarti C., Rastenyte D., Cepaitis Z., Tuomilehto J. International trends ­in mortality from stroke, 1968 to 1994. Stroke. 2000;31:1588–1601.
  8. Sacco R.L. Risk factors, outcomes, and stroke subtypes for ischemic stroke. Neurology. 1997;49(5 suppl 4):S39–S44.
  9. Arvidsson A., Collin T., Kirik D., Kokaia Z., Lindvall O. Neuronal replacement from endogenous precursors in the adult brain after stroke. Nat Med. 2002;8:963–970. doi: 10.1038/nm747.
  10. Thored P., Arvidsson A., Cacci E., Ahlenius H., Kallur T., Darsalia V., et al. Persistent production of neurons from adult brain stem cells during recovery after stroke. Stem Cells. 2006;24:739–747. doi: 10.1634/stemcells.2005-0281.
  11. Zhang R., Zhang Z., Wang L., Wang Y., Gousev A., Zhang L., et al. Activated neural stem cells contribute to stroke-induced neurogenesis and neuroblast migration toward the infarct boundary in adult rats. ­J Cereb Blood Flow Metab. 2004;24:441–448. doi: 10.1097/00004647-200404000-00009.
  12. Wang X., Mao X., Xie L., Sun F., Greenberg D.A., Jin K. Conditional depletion of neurogenesis inhibits long-term recovery after experimental stroke in mice. PLoS One. 2012;7:e38932. doi: 10.1371/journal.pone.0038932.
  13. Jin K., Wang X., Xie L., Mao X.O., Greenberg D.A. Transgenic ablation of doublecortin-expressing cells suppresses adult neurogenesis and worsens stroke outcome in mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010;107:7993–7998. doi: 10.1073/pnas.1000154107.
  14. Greenberg D.A. Neurogenesis and stroke. CNS Neurol Disord Drug Targets. 2007;6:321–325.
  15. Fernández-López D., Faustino J., Derugin N., Wendland M., Lizasoain I., Moro M.A., et al. Reduced infarct size and accumulation of microglia ­in rats treated with WIN 55,212-2 after neonatal stroke. Neuroscience. 2012;207:307–315. doi: 10.1016/j.neuroscience.2012.01.008.
  16. Zarruk J.G., Fernández-López D., García-Yébenes I., García-Gutiérrez M.S.,­ Vivancos J., Nombela F., et al. Cannabinoid type 2 receptor activation­ downregulates stroke-induced classic and alternative brain macrophage/microglial activation concomitant to neuroprotection. Stroke.2012;43:211–219. doi: 10.1161/STROKEAHA.111.631044.
  17. Mechoulam R. Discovery of endocannabinoids and some random thoughts on their possible roles in neuroprotection and aggression. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids. 2002;66:93–99. ­doi: 10.1054/plef.2001.0340.
  18. Panikashvili D., Shein N.A., Mechoulam R., Trembovler V., Kohen R., Alexandrovich A., et al. The endocannabinoid 2-AG protects the bloodbrain barrier after closed head injury and inhibits mRNA expression of proinflammatory cytokines. Neurobiol Dis. 2006;22:257–264. doi:10.1016/j.nbd.2005.11.004.
  19. Schmidt W., Schäfer F., Striggow V., Fröhlich K., Striggow F. Cannabinoid receptor subtypes 1 and 2 mediate long-lasting neuroprotection ­and improve motor behavior deficits after transient focal cerebral ischemia. Neuroscience. 2012;227:313–326. doi: 10.1016/j.neuroscience.2012.09.080.
  20. Galve-Roperh I., Chiurchiù V., Díaz-Alonso J., Bari M., Guzmán M., Maccarrone M. Cannabinoid receptor signaling in progenitor/stem cell proliferation and differentiation. Prog Lipid Res. 2013;52:633–650. doi:10.1016/j.plipres.2013.05.004.
  21. Katona I., Freund T.F. Multiple functions of endocannabinoid signaling in the brain. Annu Rev Neurosci. 2012;35:529–558. doi: 10.1146/annurev-neuro-062111-150420.
  22. Oudin M.J., Gajendra S., Williams G., Hobbs C., Lalli G., Doherty P. Endocannabinoids regulate the migration of subventricular zone-derived neuroblasts in the postnatal brain. J Neurosci. 2011;31:4000–4011. doi:10.1523/JNEUROSCI.5483-10.2011.
  23. Hillard C.J. Role of cannabinoids and endocannabinoids in cerebral ischemia. Curr Pharm Des. 2008;14:2347–2361.
  24. Maccarrone M., Guzmán M., Mackie K., Doherty P., Harkany T. Programming of neural cells by (endo)cannabinoids: from physiological rules to emerging therapies. Nat Rev Neurosci. 2014;15:786–801. doi:10.1038/nrn3846.
  25. Patel K.D., Davison J.S., Pittman Q.J., Sharkey K.A. Cannabinoid CB(2) receptors in health and disease. Curr Med Chem. 2010;17:1393–1410.
  26. Gong J.P., Onaivi E.S., Ishiguro H., Liu Q.R., Tagliaferro P.A., Brusco A., et al. Cannabinoid CB2 receptors: immunohistochemical localization in rat brain. Brain Res. 2006;1071:10–23. doi: 10.1016/j.brainres.2005.11.035.
  27. Palazuelos J., Ortega Z., Díaz-Alonso J., Guzmán M., Galve-Roperh I. CB2 cannabinoid receptors promote neural progenitor cell proliferation via mTORC1 signaling. J Biol Chem. 2012;287:1198–1209. doi: 10.1074/jbc.M111.291294.
  28. Molina-Holgado F., Rubio-Araiz A., García-Ovejero D., Williams R.J., Moore J.D., Arévalo-Martín A., et al. CB2 cannabinoid receptors promote mouse neural stem cell proliferation. Eur J Neurosci. 2007;25:629–634. ­doi: 10.1111/j.1460-9568.2007.05322.x.
  29. Goncalves M.B., Suetterlin P., Yip P., Molina-Holgado F., Walker D.J., Oudin M.J., et al. A diacylglycerol lipase-CB2 cannabinoid pathway regulates adult subventricular zone neurogenesis in an age-dependent manner. Mol Cell Neurosci. 2008;38:526–536. doi: 10.1016/j.mcn.2008.05.001.
  30. Palazuelos J., Aguado T., Egia A., Mechoulam R., Guzmán M., Galve-Roperh I. Non-psychoactive CB2 cannabinoid agonists stimulate neural progenitor proliferation. FASEB J. 2006;20:2405–2407. doi: 10.1096/fj.06-6164fje.
  31. Ballesteros I., Cuartero M.I., Moraga A., de la Parra J., Lizasoain I., Moro M.A. Stereological and flow cytometry characterization of leukocyte subpopulations in models of transient or permanent cerebral ischemia. ­J Vis Exp. 2014;(94):e52031. doi: 10.3791/52031.
  32. Díaz-Alonso J., Aguado T., Wu C.S., Palazuelos J., Hofmann C., Garcez P., et al. The CB(1) cannabinoid receptor drives corticospinal motor neuron differentiation through the Ctip2/Satb2 transcriptional regulation axis. J Neurosci. 2012;32:16651–16665. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0681-12.2012.
  33. Lois C., García-Verdugo J.M., Alvarez-Buylla A. Chain migration of neuronal precursors. Science. 1996;271:978–981.
  34. Zhang R., Zhang Z., Zhang C., Zhang L., Robin A., Wang Y., et al. Stroke transiently increases subventricular zone cell division from asymmetric to symmetric and increases neuronal differentiation in the adult rat. J Neurosci. 2004;24:5810–5815. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1109-04.2004.
  35. Gotts J.E., Chesselet M.F. Migration and fate of newly born cells after focal cortical ischemia in adult rats. J Neurosci Res. 2005;80:160–171. ­doi: 10.1002/jnr.20434.
  36. Oudin M.J., Hobbs C., Doherty P. DAGL-dependent endocannabinoid signalling: roles in axonal pathfinding, synaptic plasticity and adult neurogenesis. Eur J Neurosci. 2011;34:1634–1646. doi:10.1111/j.1460-9568.2011.07831.x.
  37. Zhang R.L., Zhang Z.G., Zhang L., Chopp M. Proliferation and differentiation of progenitor cells in the cortex and the subventricular zone in the adult rat after focal cerebral ischemia. Neuroscience. 2001;105:33–41.
  38. Felling R.J., Song H. Epigenetic mechanisms of neuroplasticity and ­the implications for stroke recovery. Exp Neurol. 2015;268:37–45. ­doi: 10.1016/j.expneurol.2014.09.017.
  39. Parent J.M., Vexler Z.S., Gong C., Derugin N., Ferriero D.M. Rat forebrain neurogenesis and striatal neuron replacement after focal stroke. ­Ann Neurol. 2002;52:802–813. doi: 10.1002/ana.10393.
  40. Parent J.M. Injury-induced neurogenesis in the adult mammalian brain. Neuroscientist. 2003;9:261–272.
  41. van Praag H., Schinder A.F., Christie B.R., Toni N., Palmer T.D., Gage F.H. Functional neurogenesis in the adult hippocampus. Nature. 2002;415:1030–1034. doi: 10.1038/4151030a.
  42. Altman J. Autoradiographic and histological studies of postnatal neurogenesis. IV. Cell proliferation and migration in the anterior forebrain, with special reference to persisting neurogenesis in the olfactory bulb. J Comp Neurol. 1969;137:433–457. doi: 10.1002/cne.901370404.
  43. Moraga A., Pradillo J.M., Cuartero M.I., Hernández-Jiménez M., Oses M., Moro M.A., et al. Toll-like receptor 4 modulates cell migration and cortical neurogenesis after focal cerebral ischemia. FASEB J. 2014;28:4710–4718. doi: 10.1096/fj.14-252452.
  44. Moraga A., Pradillo J.M., García-Culebras A., Palma-Tortosa S., Ballesteros I., Hernández-Jiménez M., et al. Aging increases microglial proliferation, delays cell migration, and decreases cortical neurogenesis after focal cerebral ischemia. J Neuroinflammation. 2015;12:87. doi: 10.1186/s12974-015-0314-8.
  45. Velasco G., Sánchez C., Guzmán M. Endocannabinoids and Cancer. Handb Exp Pharmacol. 2015;231:449–472. doi: 10.1007/978-3-319-20825-1_16.
  46. Butti E., Bacigaluppi M., Rossi S., Cambiaghi M., Bari M., Cebrian Silla A., et al. Subventricular zone neural progenitors protect striatal neurons ­from glutamatergic excitotoxicity. Brain. 2012;135(pt 11):3320–3335. doi: 10.1093/brain/aws194.
  47. Sütterlin P., Williams E.J., Chambers D., Saraf K., von Schack D., Reisenberg M., et al. The molecular basis of the cooperation between EGF, FGF and eCB receptors in the regulation of neural stem cell function. Mol Cell Neurosci. 2013;52:20–30. doi: 10.1016/j.mcn.2012.10.006.
  48. Ribeiro Xavier A.L., Kress B.T., Goldman S.A., Lacerda de Menezes J.R., Nedergaard M. A distinct population of microglia supports adult neurogenesis in the subventricular zone. J Neurosci. 2015;35:11848–11861. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1217-15.2015.
  49. Huttner H.B., Bergmann O., Salehpour M., Rácz A., Tatarishvili J., Lindgren E., et al. The age and genomic integrity of neurons after cortical stroke ­in humans. Nat Neurosci. 2014;17:801–803. doi: 10.1038/nn.3706.


Похожие статьи


Бионика Медиа