Alcohol-Induced Activation of the Chemokine System and the Activation of Neuroinflammation

Толық мәтін

Принятые сокращения: ПНД – постнатальные дни; GSK-3β – киназа гликогенсинтазы 3β; TLR4 – toll-подобный рецептор 4.

ВВЕДЕНИЕ

Хемокины – это семейство низкомолекулярных белков, которые представляют собой хемоаттрактантные цитокины, основное действие которых заключается в привлечении лейкоцитов в очаги воспаления [1]. Они играют важную роль как в иммунной системе, так и в центральной нервной системе (ЦНС) [2–4]. В ЦНС хемокины наряду с цитокинами участвуют в ряде физиологических процессов, таких как нейровоспаление, изменение активности нейронов, коммуникация между нейронами и глией, нейроэндокринное взаимодействие, нейрогенез и развитие ЦНС [5, 6].

В отношении расстройств, связанных с употреблением психоактивных веществ, все больше публикаций указывает на то, что алкоголь вызывает активацию иммунного ответа с развитием хронического нейровоспаления и изменением хемокиновой регуляции [7].

Подбор, анализ и обобщение накопленного экспериментального материала и данных клинических наблюдений об изменении содержания хемокинов различных семейств при алкоголизации животных, а также при различных паттернах потребления алкоголя и в условиях абстиненции у человека в едином обзоре является актуальным с точки зрения определения дальнейшего вектора развития медико-биологических исследований, а именно поиска биомаркеров начальных этапов нейровоспаления и потенциальных средств фармакологической коррекции состояний в рамках алкогольной зависимости.

Тем не менее за последние годы изучению изменений в системе хемокинов при воздействии алкоголя посвящено не так много работ, и по большей части они включают исследования на животных моделях, а исследованиям людей посвящены единичные работы. В связи с этим настоящий обзор включает данные литературы, опубликованные с января 2004 г. по апрель 2024 г.

Для поиска литературы мы использовали базы данных PubMed и eLIBRARY с использованием ключевых слов «алкоголизм», «алкогольная зависимость» в сочетании с одним из следующих поисковых терминов: «хемокин», «хемокиновый рецептор», «нейровоспаление».

Целью обзора является обобщение и анализ имеющихся данных об изменениях в системе хемокинов при алкогольной интоксикации как на животных моделях, так и при исследованиях пациентов с алкогольной зависимостью. В перспективе эти данные могут быть рассмотрены в будущих клинических и трансляционных исследованиях в качестве патологически значимых биомаркеров или терапевтических мишеней при лечении алкогольной зависимости.

ХЕМОКИНЫ И ИХ ФУНКЦИИ В ЦНС

Хемокины являются важными компонентами нейроиммунной системы и участвуют в ряде физиологических процессов, таких как нейровоспаление, изменение активности нейронов, взаимодействие между нейронами и глией, нейроэндокринное взаимодействие, нейрогенез и развитие ЦНС [5, 6]. Показано, что провоспалительные хемокины, такие как CCL2, CCL7, CCL8, CCL12 и CCL13, вызывают хемотаксис провоспалительных клеток к очагам воспаления или повреждения ЦНС. Аналогичным образом хемокин CX3CL участвует в стимулировании активации глиальных клеток, секреции провоспалительных цитокинов, экспрессии молекул внутриклеточной адгезии ICAM-1 и рекрутировании CD4+ Т-клеток в ЦНС во время нейровоспалительных процессов [8]. Следовательно, было высказано предположение, что нарушение регуляции передачи сигналов хемокинов и нейровоспаление способствуют нейродегенеративным и психическим заболеваниям [9]. Так, например, изменения в циркуляции хемокинов (таких как CCL2, также называемый моноцитарным хемоаттрактантным белком-1 (MCP-1), CCL11 (эотаксин-1), CXCL8, CXCL12) ассоциировались с нейродегенеративными расстройствами [10–13] и психическими расстройствами [8], такими как расстройства, связанные с употреблением кокаина [14], аффективными расстройствами [15–19], генерализованным тревожным расстройством [20], расстройствами личности [20], шизофренией [21–25], а также коррелировали с тяжестью психопатологических и когнитивных параметров [1]. В частности, CCL11 нарушает функцию гиппокампа при старении, а воздействие CXCL8 при внутриутробном развитии может привести к нарушениям в раннем периоде развития нервной системы [8].

Хемокины представляют собой группу небольших белков массой 8–12 кДа, имеющих сходную третичную структуру, которая включает 6–10 аминокислот, за которыми следует длинная петля (N-петля), спираль типа 310, 3 β-листа и С-концевая α-спираль [26].

В зависимости от положения остатков цистеина на N-конце молекулы хемокинов подразделяются на четыре подсемейства: C-, CC-, CXC- и CX3C-хемокины [27], при этом существует 27 СС-хемокинов, 17 CXC-хемокинов, 2 хемокина XC и 1 хемокин CX3C [26]. Свои эффекты хемокины опосредуют через трансмембранные рецепторы, связанные с G-белком (GPCR), которые обозначаются CR1, CCR1–11, CXCR1–5 и CX3CR1 [4, 28, 29]. GPCR передают сигналы через Gαi/o-белки, посредством которых они ингибируют аденилатциклазу и снижают активность протеинкиназы А [30], а также через белки Gq, посредством которых они могут повышать внутриклеточные уровни Ca2+ и протеинкиназы C через путь фосфолипазы C [31–33].

Хемокины и их рецепторы широко экспрессируются на клетках сосудистого русла, гладкомышечных клетках, а также различных типах лейкоцитов [34]. Хемокины могут достигать головного мозга, проникая через гематоэнцефалический барьер [35]. В то же время они могут высвобождаться нейронами и глиальными клетками непосредственно в головном мозге в ответ на физиологические или патологические состояния [36].

Регуляция экспрессии хемокинов и их рецепторов включает сложное и недостаточно изученное взаимодействие как между собой, так и с другими системами. Так, например, при повреждении или воспалении ЦНС включаются механизмы увеличения экспрессии хемокинов лимфоцитами спинномозговой жидкости и Т-клетками, которые мигрируют через гематоэнцефалический барьер, а также глиальными клетками головного мозга, особенно астроцитами [37]. При этом в ЦНС отдельные хемокины всех четырех семейств выполняют различные, но и перекрывающиеся функции.

С-хемокины. ХC-семейство включает всего 2 очень похожих между собой хемокина XCL1 и XCL2, также известных как лимфотактин α и β соответственно. Известно, что, действуя через уникальный рецептор XCR1, XCL1 может вызывать хемотаксис лимфоцитов, но не моноцитов или нейтрофилов [38].

СС-хемокины. Хемокины данного семейства оказывают провоспалительное действие посредством хемотаксиса макрофагов к очагу воспаления или поврежденным клеткам ЦНС, а также участвуют в регуляции миграции нервных стволовых клеток/клеток-предшественников [39]. Моноцитарный хемоаттрактантный белок-1 (CCL2/MCP-1) – первый обнаруженный и наиболее изученный CC-хемокин человека. Он является одним из ключевых хемокинов, которые регулируют рекрутирование и активацию моноцитов и микроглии. Биологическая функция CCL2 опосредуется через связанный с G-белком рецептор CCR2. Помимо CCL2, CCR2 связывает еще 4 провоспалительных хемокина: CCL7, CCL8, CCL12 и CCL13 [40].

CCL2, как и его рецептор типа 2 (CCR2), экспрессируются в нейронах ЦНС и культивируемых линиях нейрональных клеток [41–43]. Так, CCL2 конститутивно экспрессируется в нейронах отдельных областей мозга крыс, таких как кора головного мозга, гиппокамп, гипоталамус, черная субстанция, мозжечок и спинной мозг [44, 45]. Таким образом, передача сигналов CCL2/CCR2 может регулировать функции нейронов.

В дополнение к своей роли в иммунной системе передача сигналов CCL2/CCR2 участвует в развитии различных нейровоспалительных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера [46], рассеянный склероз [47], болезнь Паркинсона [40] и ишемическое повреждение головного мозга [48]. И хотя на некоторых исследованиях показано участие CCL2 в повреждении головного мозга, вызванном алкоголем [40], его роль в патогенезе алкогольной зависимости на сегодняшний день до конца остается не ясна.

Эотаксин-1 (CCL11), также известный как хемотаксический белок эозинофилов, – еще один хемокин СС-семейства. После связывания с рецепторами CCR3, экспрессируемыми на клеточной поверхности эозинофилов, CCL11 активирует ряд внутриклеточных сигнальных каскадов, что приводит к рекрутированию эозинофилов в участки воспаления во время аллергических реакций, которые тщательно исследуются при астме, аллергическом рините и других состояниях, связанных с эозинофилами. Так, систематический обзор литературы, включающий 30 исследований, показал, что концентрации CCL11 в крови и мокроте постоянно повышались у пациентов с астмой, что отрицательно коррелировало с функцией легких. Это указывает на потенциальное использование CCL11 в качестве биомаркера для диагностики и оценки тяжести астмы и контроля над ней [49]. Помимо эозинофилов, хемокиновый рецептор CCR3 экспрессируется на базофилах, тучных клетках и Th2-лимфоцитах, причем последние участвуют в выработке так называемых Th2-цитокинов (интерлейкинов: IL-4, IL-5, IL-13), это свидетельствует о том, что CCL11 также участвует в направлении иммунного ответа в сторону Th2-профиля [1].

В ЦНС CCL11 продуцируется эпителиальными клетками сосудистого сплетения, перицитами, астроцитами и микроглией под действием воспалительных стимулов [50]. Кроме того, CCL11 может попадать в ЦНС, преодолевая гематоэнцефалический барьер [51]. В одном исследовании показано, что CCL11 обратимо ингибирует пролиферацию нервных клеток-предшественников in vitro в изолированных клетках, нейросферах и в культурах срезов гиппокампа, не влияя на их способность образовывать как нейроны, так и астроциты [52]. Также продемонстрировано, что, хотя прямого воздействия CCL11 на нейроны не обнаружено, этот хемокин был способен стимулировать миграцию и активацию микроглии с последующей выработкой активных форм кислорода, что усиливало вызванную глутаматом гибель нейронов [53]. Рядом работ показана ассоциация CCL11 с болезнью Альцгеймера [10, 13], с детской и подростковой психопатологией, включая расстройства аутистического спектра [54, 55], большой депрессией [17], биполярным расстройством [56], дистимией [57], обсессивно-компульсивным расстройством [58], шизофренией [22, 25] и расстройствами, связанными с употреблением психоактивных веществ [59, 60], а также ассоциации повышенного уровня циркулирующего CCL11-хемокина с прогрессирующим клиническим ухудшением, наблюдаемым при данных расстройствах [61]. Таким образом, CCL11 связан с рядом психических и нейродегенеративных расстройств, а также с их клинической тяжестью.

CXC-хемокины. Основная роль хемокинов в регуляции нейровоспаления заключается в регуляции хемотаксиса нейтрофилов. Это основная функция хемокинов CXCL1–CXCL8, лигандов CXCR2, которые в высокой степени экспрессируются на нейтрофилах. Общий эффект этих хемокинов на улучшение или ухудшение выживаемости и восстановления нейронов при воспалительных состояниях остается неясным. Так, существуют данные о том, что большинство мышей, нокаутных по хемокинам CXC-семейства или рецепторам хемокинов, жизнеспособны и характеризуются отсутствием нарушений в функционировании нервной ткани [39].

Хемокины CXCL9–CXCL11, напротив, оказывают более явное провоспалительное действие посредством CXCR3-опосредованного хемотаксиса естественных клеток-киллеров Th1 и связанных с ними макрофагов. Так, показано, что блокада CXCR3 уменьшает инфильтрацию Th1 и макрофагов, а также повреждение тканей. Более того, продемонстрировано усиление нейрогенеза гиппокампа у взрослых мышей с нокаутом хемокинового рецептора CXCR5–/– CXCL13-лиганда, а у мышей с нокаутом CXCL12 и его рецептора CXCR4 наблюдается изменение структуры мозжечка [8].

Хемокины CX3C. Хемокин CX3CL1, также известный как фракталкин, высоко экспрессируется в зрелых нейронах и астроцитах, а его рецептор CX3CR1 в основном экспрессируется на клетках микроглии, но, кроме того, и на зрелых нейронах [62, 63]. Показано, что CX3CL1 оказывает множественное действие на ЦНС: с одной стороны, он предотвращает избыточную активацию микроглии при отсутствии травмы, при этом способствуя активации микроглии и астроцитов во время нейровоспалительных процессов, включая секрецию провоспалительных цитокинов, экспрессию ICAM-1 и рекрутирование CD4+ Т-клеток в ЦНС [64–66].

Как растворимая, так и мембраносвязанная формы CX3CL1 ослабляют активацию микроглии и индуцированное липополисахаридами увеличение провоспалительных цитокинов в первичных культурах клеток микроглии и нейронов.

Таким образом, хотя показано, что ряд хемокинов оказывает значительное влияние на регуляцию нейровоспаления, для большинства хемокинов еще предстоит изучить, имеют ли их функции такое же отношение к регуляции хронического воспаления, которое, как предполагается, является одним из механизмов патогенеза ряда психических расстройств.

ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ ХЕМОКИНОВ НА ЖИВОТНЫХ МОДЕЛЯХ РАССТРОЙСТВ, СВЯЗАННЫХ С УПОТРЕБЛЕНИЕМ АЛКОГОЛЯ

C-хемокины. Исследования данного семейства хемокинов и их рецепторов очень немногочисленны, в том числе и на животных моделях. Выявлено, что экспрессия рецептора C3AR1 индуцируется этанолом, что приводит к изменению фагоцитоза микроглии [67]. В более ранних исследованиях показано, что рецептор C5AR1 участвует в воспалении, вызванном алкоголем [68, 69].

Потенциальные механизмы, с помощью которых нейровоспаление, вызванное употреблением этанола, может способствовать раннему началу нейропатологии, отражены в результатах исследования Holloway et al. [70]. Используя постнатальную модель фетального алкогольного синдрома на мышах, эквивалентную третьему триместру беременности у человека, была проведена оценка транскриптомных изменений, вызванных воздействием этанола в дозе 4 г/кг веса в день, в мозжечке на 5-й и 8-й постнатальные дни (ПНД), спустя 1 или 2 дня употребления этанола, с целью выявления изменений на ранних стадиях возникновения и развития данного синдрома. При определении возможных механизмов, с помощью которых этанол индуцирует раннюю иммунную активацию, Holloway et al. [70] идентифицировали иммунно-связанные транскрипты, экспрессия которых была сильно изменена этанолом. На 5-й и 8-й ПНД транскрипты с повышенной регуляцией включали рецепторы C5AR1 и C3AR1, скавенджер-рецептор макрофагов MSR1, хемокин CCL3 (воспалительный белок макрофагов 1α, MIP-1α) и CD14.

CC-хемокины. Большее количество исследований посвящено изучению хемокина CCL2, представителя данного семейства. Выявлено, что этанол индуцирует экспрессию CCL2 на животных моделях расстройств, связанных с употреблением алкоголя [70], а генетические исследования на животных показывают, что повышенная передача сигналов CCL2 сопровождается увеличением потребления алкоголя [71].

Передача сигналов CCL2/CCR2 играет важную роль при алкогольной невропатологии как в ЦНС взрослого организма, так и в развивающейся ЦНС. Исследования влияния этанола на развивающийся спинной мозг на мышиной модели, эквивалентной третьему триместру беременности [72], установило, что воздействие этанола в дозе 2,5 г/кг веса в день в процессе развития вызвало необратимую потерю нейронов спинного мозга, а передача сигналов CCR2 сыграла важную роль в нейротоксичности этанола. Этанол вызывал апоптоз и нейродегенерацию в нейронах дорсального рога у мышей ранних дней постнатального периода, что сопровождалось активацией глии, инфильтрацией макрофагов и увеличением экспрессии CCR2. Вызванная этанолом гибель нейронов во время развития привела к необратимой потере нейронов спинного мозга у взрослых мышей. Исследование выявило, что этанол стимулировал стресс эндоплазматического ретикулума и окислительный стресс, а также активировал пути киназы гликогенсинтазы 3β (GSK-3β) и N-концевой киназы c-Jun (JNK). Нокаут же CCL2 или CCR2 сделал мышей устойчивыми к индуцированному этанолом апоптозу, стрессу эндоплазматического ретикулума, активации глии и активации GSK-3β и JNK. Нокаут CCR2 обеспечивал гораздо лучшую защиту от повреждения спинного мозга, вызванного этанолом. Таким образом, воздействие этанола на эмбриональное развитие мышей вызывало необратимую потерю нейронов спинного мозга, а передача сигналов CCR2 играла важную роль в нейротоксичности этанола [72].

В исследовании Chang et al. [73] беременным крысам на 10–15 день эмбрионального развития (во время пика нейрогенеза) перорально вводили этанол в умеренной дозе (2 г/кг веса в день) или периферически вводили антагонист CCL2 или CCR2, чтобы проверить роль системы CCL2/CCR2 в механизмах действия этанола. Продемонстрировано, что этанол, вводимый матери, увеличивает плотность клеток радиальной глии у эмбрионов, одновременно стимулируя систему CCL2/CCR2, и эти эффекты имитируются введением матери CCL2 и блокируются антагонистом CCR2. Стимулируя колокализацию CCL2 с радиальной глией и нейронами, но не с микроглией, этанол увеличивает количество меланин-концентрирующего гормона (MCH) нейронов вблизи клеток радиальной глии и устанавливает контакт вдоль их отростков, выступающих в латеральном гипоталамусе. Дальнейшие тесты выявили, что система CCL2/CCR2 в нейроэпителии является основным источником полового диморфизма этанола. Эти результаты дают новые доказательства того, как воспалительный хемокиновый путь функционирует в нейропрогениторных клетках, опосредуя длительное стимулирующее воздействие этанола на пептидные нейроны, связанные с алкогольным поведением подростков [73].

Несколько исследований показали, что передача сигналов CCL2/CCR2 также участвует в поведении, связанном с употреблением алкоголя. Так, делеция CCR2 и CCL2 (у мышей-самок) снижала предпочтение этанола в условиях свободного выбора между раствором этанола и водой, а введение алкоголя вызывало более сильное условное отвращение к вкусу у мышей CCR2–/– и CCL2–/– [68]. Исследование Holloway et al. [74] на мышах показало, что алкоголь активирует передачу сигналов toll-подобного рецептора TLR4, что приводит к индукции провоспалительных цитокинов и хемокинов в ЦНС. Оценка экспрессии мРНК с помощью qRT-PCR показала, что этанол увеличивает уровни цитокинов IL-1β и фактора некроза опухоли TNF-α, хемокина CCL2, циклооксигеназы COX2, а также белков FosB и JunB в мозжечке у мышей дикого типа и мышей с дефицитом адаптера TLR4 (TRIF). Хотя точно не ясно, как CCL2 регулирует алкогольное поведение, возможное объяснение состоит в том, что CCL2 активирует дофаминовую систему [75]. В совокупности CCL2/CCR2 могут участвовать в вызванном алкоголем повреждении головного мозга посредством регуляции активации микроглии и нейротрансмиссии [40]. В исследовании June et al. [76] сообщается, что крысы линии P, предпочитающие алкоголь, имеют врожденно повышенные уровни TLR4 и хемокина CCL2, которые локализуются в нейронах центрального ядра миндалевидного тела (CeA) и вентральной тегментальной области (VTA). Чтобы изучить потенциальную роль сигнала TLR4/CCL2, использовались векторы (ампликоны) вируса простого герпеса (HSV), которые сохраняют нейротропизм in vivo. Введение ампликонов миРНК TLR4 или CCL2 в CeA или VTA крыс линии P ингибировало экспрессию генов-мишеней и снижало зависимость от алкоголя. Аналогичным образом доставленный ампликон для скремблированной миРНК не ингибировал экспрессию TLR4 или CCL2 и не уменьшал чрезмерное употребление алкоголя, идентифицируя нейрональный сигнал TLR4/CCL2, который регулирует начало добровольного самостоятельного употребления алкоголя. Этот сигнал поддерживался во время употребления алкоголя за счет повышенной экспрессии кортикотропин-рилизинг-фактора и его обратной регуляции экспрессии TLR4, что, вероятно, способствовало переходу к алкогольной зависимости [76].

В исследовании Zhang et al. [77] показано, что этанол увеличивает экспрессию CCL2, но не CCR2, в мозге мышей на 4-й ПНД и в клетках микроглии (SIM-A9). Ингибитор синтеза CCL2 биндарит и антагонист CCR2 RS504393 ингибировали индуцированный этанолом нейроапоптоз, активацию микроглии и экспрессию провоспалительных факторов. Дальнейшие исследования с использованием мышей с нокаутом гена подтвердили, что дефицит CCL2 или CCR2 делает мышей более устойчивыми к нейродегенерации, вызванной этанолом. Более того, этанол и CCL2 вызывали бо́льшую гибель нейронов в совместных культурах нейронов/микроглии, чем в культуре нейронов в отдельности. Блокирование передачи сигналов CCL2/CCR2 защищало первичные кортикальные и мозжечковые нейроны от гибели, вызванной этанолом, в совместных культурах нейронов и микроглии. Оказалось, что рецептор TLR4, участвующий во врожденном иммунитете, и киназа GSK-3β опосредуют индуцированную этанолом активацию микроглии и провоспалительных цитокинов в культивируемых клетках микроглии, и существует значительное взаимодействие между передачей сигналов TLR4, GSK-3β и CCL2/CCR2 в ответ на воздействие этанола [77]. Также с помощью совместной культуры нейронов и микроглии Yang et al. [78] показали, что нейротоксичность, индуцированная CCL2, требует присутствия микроглии и что экзогенный CCL2 способен активировать и стимулировать микроглию для выработки цитокинов. Данное исследование показало, что нейтрализующие CCL2 антитела ингибируют CCL2-индуцированную активацию микроглии и гибель нейронов в культуре и таламусе.

Уровни транскрипта CCL2 повышаются под действием этанола. CCL2 и CCL3, гены-мишени транскрипционного фактора NF-κB, индуцируются этанолом и являются ключевыми медиаторами воспаления ЦНС и алкогольного поведения [68, 69]. Ранее было выявлено, что этанол индуцирует экспрессию CCL2 и на животных моделях фетального алкогольного синдрома [79], а также на взрослых моделях расстройств, связанных с употреблением алкоголя [80].

Воздействие алкоголя активирует микроглию, увеличивает экспрессию CCL2 и других провоспалительных цитокинов, таких как TNF-α, IL-6 и IL-1β, и вызывает гибель нейронов у крыс [81–83]. Qin et al. [84] обнаружили, что при введении в дозе 5 г/кг веса в день per os этанол потенцировал индуцированное липополисахаридами увеличение CCL2 и активацию микроглии в мозге взрослых мышей. Было высказано предположение, что CCL2 снижает «пороговую чувствительность» микроглии в качестве «праймирующего» стимула и усиливает синтез провоспалительных цитокинов в ответ на последующее воздействие [85].

В эксперименте Valenta et al. [86], заключавшемся в увеличении передачи сигналов CCL2 путем прямого введения его в мозг, наблюдалась корреляция между дозой CCL2 и потреблением крысами Лонг-Эванса подслащенного раствора этанола в течение первых 4 недель (во время работы помпы) и в течение 8-недельного эксперимента. Животные, получавшие самую высокую дозу CCL2 (2 мкг/день), потребляли больше всего этанола в течение 3–8 недель. Данное исследование доказывает, что нейроиммунная передача сигналов может напрямую увеличивать хроническое добровольное потребление этанола и что это увеличение сохраняется после введения цитокина. Вызванное этанолом увеличение CCL2 или же увеличение CCL2 из-за различных других нейроиммунных механизмов может дополнительно способствовать потреблению этанола. Продолжение исследований этого механизма, особенно с использованием моделей алкогольной зависимости, поможет определить, имеет ли воздействие на передачу сигналов CCL2 терапевтический потенциал при лечении расстройств, связанных с употреблением алкоголя. Исследование Bray et al. [87] связывает повышенные уровни экспрессии CCL2 в астроцитах трансгенных мышей с увеличением потребления алкоголя в тестах на употребление алкоголя, а также на пространственное и ассоциативное обучение, тем самым подтверждая гипотезу о том, что повышенные уровни CCL2 вызывают нейроадаптивные изменения, которые изменяют действие алкоголя на ЦНС.

Lowe et al. [88] в поисках потенциального терапевтического подхода для лечения нейровоспаления, связанного с алкоголем, предположили, что хроническое употребление алкоголя приводит к инфильтрации периферических иммунных клеток в ЦНС. Поскольку хемотаксис через сигнальную ось CCL2/CCR2 имеет решающее значение для рекрутирования макрофагов на периферии и в центре, также было предположено, что блокада передачи сигналов CCL2 с помощью двойного ингибитора CCR2/5 ценикривирока предотвратит индуцированную алкоголем инфильтрацию периферических макрофагов в ЦНС и изменит нейровоспалительное состояние головного мозга после хронического употребления алкоголя. В результате исследования, проведенного на самках мышей, было показано, что хроническое употребление алкоголя вызывало активацию микроглии и инфильтрацию периферических макрофагов в ЦНС, особенно в гиппокампе. Ценикривирок устранял вызванное этанолом рекрутирование периферических макрофагов и частично обращал вспять активацию микроглии. Кроме того, хроническое употребление алкоголя повышало экспрессию провоспалительных маркеров в различных областях мозга, включая кору, гиппокамп и мозжечок. Ингибирование CCR2/5 снижало опосредованную алкоголем экспрессию маркеров воспаления, что рассматривается авторами как потенциальный терапевтический подход для лечения нейровоспаления, связанного с алкоголем. В другом своем исследовании Lowe et al. [89] выявили, что употребление алкоголя значительно увеличивало экспрессию провоспалительных цитокинов, таких как TNF-α, IL-17 и IL-23, хемокина ССL2 и цитокинового медиатора Hmgb1 в головном мозге и кишечнике. Так, снижение бактериальной нагрузки кишечника в результате применения антибиотиков ослабило экспрессию всех провоспалительных цитокинов как в мозге, так и в тонком кишечнике. Употребление алкоголя приводило к активации микроглии и морфологическим изменениям в коре и гиппокампе, характеризующимся реактивным фенотипом. Эти изменения, вызванные алкоголем, были скорректированы после того как назначенные антибиотики ослабили микробиом кишечника. Неожиданно употребление антибиотиков увеличило экспрессию мРНК некоторых компонентов воспаления как в мозге, так и в кишечнике [89].

Данные, полученные Huang et al. [90] на людях и мышах, показывают, что хроническое употребление алкоголя связано с повышением уровня хемокина CCL11. Уровни CCL11 коррелируют с тяжестью алкогольной зависимости и могут быть ее потенциальным индикатором. Снижение CCL11 после прекращения употребления алкоголя связано с облегчением клинических симптомов. Авторы данного исследования заключают, что CCL11 участвует в нейробиологических механизмах, лежащих в основе алкогольной зависимости. Также показано, что хроническое и чрезмерное введение этанола индуцировало экспрессию воспалительных молекул (ССL2) у взрослых мышей [83].

Исследование специфических зависящих от пола воздействий алкоголя на микроглию в развивающемся гиппокампе крыс проведено группой исследователей при моделировании острого воздействия алкоголя в течение одного дня (2 кормления с интервалом в 2 часа с общей дозой этанола 5,25 г/кг) на 4-й ПНД [91]. Нейроиммунный ответ оценивали путем измерения количества микроглии и экспрессии генов хемокинов на 5-й и 8-й ПНД. Во многих субрегионах гиппокампа на 5-й ПНД детеныши мужского пола имели более высокое количество микроглии по сравнению с самками, но эта разница исчезала на 8-й день, если только они не подвергались воздействию алкоголя. После воздействия алкоголя содержание хемокинового лиганда мотива 4 С-С (CCL4) было значительно увеличено у самок на 5-й и 8-й ПНД. Результаты демонстрируют четкую разницу между нейроиммунным ответом на воздействие этанола у самок и самцов [91].

Влияние алкоголя на активацию иммунитета у возрастных животных широко не исследовалось. Хотя злоупотребление алкоголем оказывает существенное влияние на здоровье пожилого населения. Kane et al. [92] сравнили влияние этанола на экспрессию хемокинов и цитокинов в гиппокампе, мозжечке и коре головного мозга возрастных мышей линии C57BL/6. Мышам вводили через зонд 6 г/кг этанола в течение 10 дней, ткани собирали через 1 день после обработки. Этанол избирательно повышал уровни мРНК CCL2 в гиппокампе и мозжечке, но не в коре возрастных мышей по сравнению с контрольными животными. В этой парадигме этанол не влиял на уровни мРНК цитокинов IL-6 или TNF-α ни в одной из исследуемых областей мозга у возрастных животных. В совокупности эти данные указывают на специфичную для региона восприимчивость к регуляции этанолом нейровоспалительных молекул и молекул, связанных с зависимостью, у возрастных мышей. Эти исследования, как заключают авторы, могут иметь большое значение в отношении невропатологии, вызванной алкоголем, и алкогольной зависимости у пожилых людей [92].

Основным маркером нейровоспаления является полученный из микроглии CCL2 в животных моделях расстройства, связанного с употреблением алкоголя, при котором этанол вводится принудительно. Однако имеются противоречивые данные о том, повышается ли уровень CCL2 при добровольном приеме этанола, что ставит под сомнение его ключевую роль в стимулировании мотивации к потреблению этанола. В исследовании Berríos-Cárcamo et al. [93] изучены уровни мРНК CCL2 в областях, связанных с мотивацией к потреблению алкоголя, в частности, в префронтальной коре, гиппокампе и полосатом теле, а также в мозжечке, области мозга очень чувствительной к этанолу, у мышей линии C57BL/6, которые периодически в течение двух месяцев добровольно употребляли этанол. Обнаружено значительное повышение уровня мРНК CCL2 в мозжечке мышей, употреблявших этанол, по сравнению с контролем, в то время как в префронтальной коре, гиппокампе, полосатом теле и в микроглии, выделенной из гиппокампа и полосатого тела, существенных изменений не наблюдалось. Эти результаты свидетельствуют о том, что для интенсивного добровольного потребления этанола мышами C57BL/6 не требуется возникновения нейровоспаления в областях, связанных с мотивацией. Кроме того, восприимчивость мозжечка к нейровоспалению может быть причиной дегенерации мозжечка, которая возникает у людей после хронического употребления этанола [93].

CXC-хемокины. В недавнем исследовании на мышах выявлено, что сверхэкспрессия CXCL14, оцененная с помощью qPCR и ELISA, усиливает алкогольное повреждение печени, о чем свидетельствуют измерения уровней АЛТ (аланинаминотрансфераза) и АСТ (аспартатаминотрансфераза) в плазме, а также триглицеридов в печени [94]. Кроме того, в данном исследовании было обнаружено, что совместная экспрессия BRG1 (Brahma-related gene 1) и CXCL14 положительно коррелирует с инфильтрацией нейтрофилов. Исследование Kusumanchi et al. [95] определило новую роль гена FKBP5 (кодирует FK506-связывающий белок 51) в патогенезе алкогольного заболевания печени. Потеря FKBP5 облегчает вызванное алкоголем повреждение печени через передачу сигналов CXCL1, что указывает на его потенциальную роль в качестве мишени для лечения алкогольного повреждения печени.

Вызванные алкоголем изменения в циркулирующих хемокинах также были изучены на доклинических моделях употребления алкоголя – на крысах-самцах линии Wistar [59]. Крысы, подвергшиеся повторному введению этанола (3 г/кг, через зонд), имели более низкие концентрации CXCL12 и более высокие концентрации CCL11 по сравнению с крысами контрольной группы. Кроме того, повышенные концентрации CCL11 у крыс, подвергшихся воздействию этанола, были усилены предшествующим воздействием стресса. Соответственно, острое воздействие этанола вызывало изменения в CXCL12 и CCL11, так же как и повторное воздействие. Другое исследование показало, что умеренное пренатальное воздействие этанола стимулирует хемокиновую систему CXCL12/CXCR4 в клетках-предшественниках радиальной глии в гипоталамическом нейроэпителии и пептидных нейронах в латеральном гипоталамусе эмбриона и постнатального потомства у крыс [96].

В исследовании, проведенном на взрослых самцах яванских макак, оценивались уровни белков плазмы крови в течение 32-месячного экспериментального протокола: на исходном уровне, во время индукции воды и добровольного приема этанола (4% (w/v) в воде), через 4 месяца и через 12 месяцев одновременного 22-часового ежедневного доступа к этанолу и воде [97]. Было показано, что хроническое потребление этанола у приматов приводит к аллостатическому состоянию физиологического компромисса в отношении циркулирующих белков, связанных с иммунитетом и стрессом, в путях, связанных с NF-κB и STAT/JAK, что коррелирует с измененной эндокринной активностью.

На другой животной модели, рыбках Danio rerio, изучено участие хемокиновой системы CXCL2a/CXCR4b в опосредовании стимулирующего эффекта воздействия этанола на плотность нейронов в гипоталамусе эмбрионов. Полученные результаты дают четкое свидетельство того, что стимулирующие эффекты этанола в малых и умеренных дозах на количество нейронов гипоталамуса на ранних стадиях развития опосредованы частично усилением транскрипции и внутриклеточной активацией хемокиновой системы CXCL2a/CXCR4b, вероятно, из-за аутокринной передачи сигналов CXCL2a на рецептор CXCR4b на нейронах [98].

CX3C-хемокины. В исследовании García-Marchena et al. [59] не выявлено существенных различий в концентрациях хемокина CX3CL1 в плазме крыс-самцов линии Wistar между группой, подвергшейся повторному введению этанола (3 г/кг, через зонд), и контрольной группой крыс.

Исследование гендерных различий в профилях воспалительных хемокинов, вызванных чрезмерным употреблением этанола в подростковом возрасте, показало, что у самок мышей-подростков дикого типа периодическое введение этанола повышало уровни хемокинов CCL2, CCL3 и CXC3CL1 в префронтальной коре головного мозга и в сыворотке крови (CCL2 и CCL3), но значимые различия в уровнях CX3CL1 в префронтальной коре наблюдались только у мышей-самцов. У мышей, получавших этанол, самцов или самок с генетическим нокаутом TLR4, не было отмечено никаких изменений в уровнях хемокинов в сыворотке крови или префронтальной коре головного мозга. Данные результаты показали, что самки более уязвимы к воспалительным эффектам чрезмерного употребления этанола, чем самцы, и позволили предположить, что TLR4 является важной мишенью индуцированного этанолом воспаления и нейровоспаления в подростковом возрасте [99].

В исследовании Pascual et al. [100] показано, что хроническое употребление этанола увеличивает уровень хемокина CX3CL1 у мышей дикого типа в полосатом теле и в сыворотке. Через 24 часа после отмены этанола сохранялся высокий уровень CX3CL1 в полосатом теле. Авторы связывают это с увеличением тревожного поведения, оцененным с помощью тестов «темная/светлая камера» и «приподнятый крестообразный лабиринт». Примечательно, что мыши, у которых отсутствуют рецепторы TLR4 или TLR2, в значительной степени защищены от индуцированного этанолом высвобождения хемокинов, а также от поведенческих эффектов во время воздержания от алкоголя. Эти данные подтверждают роль TLR4- и TLR2-ответов в нейровоспалении и в связанных с тревогой поведенческих эффектах во время депривации этанола, а также доказывают, что хемокины могут являться биомаркерами индуцированного этанолом нейроиммунного ответа [100].

Таким образом, результаты представленных исследований на животных моделях свидетельствуют о вовлеченности хемокинов в механизмы расстройств, связанных с употреблением алкоголя. Наибольшее число исследований затрагивает хемокин CCL2 и его рецептор. Показано, что передача сигналов посредством CCR2 играет важную роль в нейротоксичности этанола. Результаты представленных работ подтверждают общую нейроиммунную гипотезу зависимости. Индуцированная алкоголем выработка хемокинов может модулировать эффекты алкоголя на регуляцию хронического воспаления.

ИЗМЕНЕНИЯ В СИСТЕМЕ ХЕМОКИНОВ ЧЕЛОВЕКА ПОД ВЛИЯНИЕМ АЛКОГОЛЯ

В литературе представлено достаточно данных, подтверждающих участие ряда хемокинов в патогенезе алкогольной зависимости. При этом основная часть работ посвящена исследованиям на животных моделях, и отдельные исследования – на биоматериале пациентов с алкогольной зависимостью.

Показано, что алкоголь может стимулировать воспалительные пути, активируя микроглию в ЦНС как во взрослом, так и в развивающемся мозге [101]. Исследования последних лет свидетельствуют о том, что ключевыми медиаторами индуцированного этанолом нейроиммунного ответа и нейроадаптивных изменений в ЦНС, наряду с такими цитокинами, как интерферон IFN-2α [102], TNF-α, интерлейкинами IL-1β, IL-6, IL-10, являются хемокины [103].

Так, исследование постмортального материала головного мозга 5 человек с алкоголизмом показало, что у пациентов с алкогольной зависимостью увеличена концентрация CCL2 в вентральной покрышке, черной субстанции, гиппокампе и миндалевидном теле головного мозга по сравнению с контрольной группой [69]. Еще одно исследование постмортального материала головного мозга 10 мужчин с алкогольной зависимостью [104] показало увеличение экспрессии хемокинов CCL8, CCL7, CCL13, CCL5, CXCL8, CXCL12 и их рецепторов CCR1 и CCR2, CXCR3 и CXCR4 в орбитофронтальной коре пациентов по сравнению с контрольной группой. Хотя размер выборок в этих двух исследованиях достаточно мал, продемонстрированные данные позволяют предположить, что индуцированное этанолом повышение экспрессии хемокинов и их рецепторов в головном мозге может модулировать эффекты воздействия/отмены алкоголя на синаптическую функцию, а также способствовать развитию алкогольной зависимости [105]. В исследовании ряда хемокинов (CXCL8 и -12, CX3CL1, CCL2, -3 и -11) García-Marchena et al. [59] продемонстрировали статистически значимую ассоциацию всего нескольких хемокинов с алкогольной зависимостью: концентрации хемокинов CXCL12 и CX3CL1 в плазме были ниже у пациентов по сравнению с контрольной группой.

В этой же работе была затронута тема гендерных различий в иммунном ответе на чрезмерное употребление алкоголя. Так, концентрация CCL11 в плазме была сильно ниже у женщин с алкоголизмом, чем у мужчин [59]. Результаты работы Pascual et al. [99], проведенной на подростках (на людях и мышах), также показали, что женщины более уязвимы к воспалительным эффектам чрезмерного употребления этанола, чем мужчины: при эквивалентном уровне алкоголя в крови у женщин-подростков уровень цитокинов и хемокинов (IFN-γ, IL-10, IL-17A, IL-1β, IL-2, IL-4, IL-6, IL-8, CX3CL1, CCL2 и CCL3) в плазме крови оказался выше, чем у подростков-мужчин после острой алкогольной интоксикации. Таким образом, хотя в воздействии этанола на мозг подростков могут существовать структурные и функциональные гендерные различия [106], новые данные свидетельствуют о половых различиях также и в иммунных, и нейроиммунных реакциях, индуцируемых этанолом [107].

Исследование плазмы крови 151 пациента с алкогольной зависимостью показало, что уровни CCL11 были выше у пациентов, чем в контрольной группе, и снижались во время детоксикации, а также, что уровни CCL11 положительно коррелировали с тяжестью алкоголизма, оцененной по шкале SADQ (The Severity of Alcohol Dependence Questionnaire) [90]. В другом исследовании сыворотки крови мужчин с чрезмерным употреблением алкоголя, наряду с IL-6 и IFN-γ, наблюдались более высокие уровни CCL2, а также более низкие уровни трансформирующего фактора роста TGF-β1 по сравнению с контрольной группой [108]. Кроме того, показана связь концентрации CCL2 в плазме крови пациентов с клинической ремиссией: увеличение количества дней с момента последнего употребления алкоголя связано с более низкой концентрацией CCL2 [109], а более высокие уровни CCL2 ассоциировались с более сильной тягой к алкоголю [110], с плохим сном, более высокими показателями тревоги и депрессии, а также с большим количеством дней употребления алкоголя, средним количеством выпитого алкоголя в день, количеством дней чрезмерного употребления алкоголя и общим количеством выпитого алкоголя [111].

При исследовании спинномозговой жидкости 28 людей с алкогольной зависимостью и 13 здоровых добровольцев исследователями выявлено, что концентрация CCL2 у пациентов была значительно выше как на 4-й, так и на 25-й день после детоксикации, а также, что она положительно коррелировала с ферментами печени: ГГТ (гамма-глютамилтранспептидазой) и АСТ [112]. Эти данные подтверждают гипотезу о том, что CCL2-обусловленное нейровоспаление может быть связано с зависимым от алкоголя воспалением печени.

В связи с этим становится обоснованным, что в случае расстройств, связанных с употреблением алкоголя, хемокины чаще всего оцениваются исключительно в контексте алкогольного гепатита [113–115]. И более того, в настоящее время, наряду с ингибиторами IL-1 и панкаспазами, ингибиторы CCL2 рассматриваются как новые терапевтические препараты при лечении алкогольного гепатита [116].

Так, в клетках печени у пациентов с алкогольным гепатитом наблюдалась повышенная экспрессия хемокинов членов подсемейств CXC (CXCL8, CXCL2, CXCL5, CXCL6, CXCL10 и CXCL4) и CC (CCL2, но не CCL5) по сравнению с контролем [115]. Кроме того, более высокие уровни экспрессии CXCL8, CXCL5, CXCL2 и CXCL6 были связаны с худшим прогнозом заболевания [115]. В другом исследовании, проведенном с помощью метода РНК-секвенирования, также показано, что в печени пациентов с алкогольным гепатитом активность хемокинов семейства CXCL (CXCL1, CXCL6 и CXCL8) повышена [117]. Анализ взвешенных сетей коэкспрессии генов (WGCNA) показал, что отдельные члены семейств CXC-хемокинов (CXCL8) и CC-хемокинов (CCL20) были в высокой степени связаны с алкогольным гепатитом, по сравнению с контрольной группой, но не связаны с заболеваниями печени другой этиологии [118].

В совокупности эти результаты предполагают потенциальные механизмы, с помощью которых нейровоспаление, вызванное этанолом, может способствовать развитию нейропатологии как в развивающемся, так и во взрослом организме.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На сегодняшний день в литературе представлено не так много работ, посвященных изучению хемокинов в контексте алкогольной зависимости. Бо́льшая их часть включает исследования на животных моделях, а изучению пациентов с алкогольной зависимостью посвящены единичные работы.

На основе представленных данных мы предлагаем схему, иллюстрирующую вклад этанол-индуцированной активации системы хемокинов в развитие нейровоспаления (рис. 1).

 

Рис. 1. Вклад хемокинов в развитие нейровоспаления при интоксикации алкоголем. Этанол (EtOH) своим действием на клетки печени и ЦНС приводит к увеличению (↑) экспрессии одних хемокинов и их рецепторов (CCL2, 11, C3AR1, CXCL1, -2, -4, -5, -6, -8, -10) и снижению (↓) экспрессии других (CXCL12, CX3CL1). Хемокины, в свою очередь, взаимодействуя со своими GPCR-рецепторами на поверхности микроглии и нейронов, способствуют активации (!) микроглии, хемотаксису и инфильтрации нейтрофилов и макрофагов в очаг воспаления, активации окислительного стресса и экспрессии ряда провоспалительных факторов. Измененная экспрессия хемокинов в ЦНС также приводит к активации дофаминовой системы и увеличению потребления алкоголя, что, в свою очередь, ведет к еще большему изменению экспрессии хемокинов. Таким образом, развитие нейровоспаления приводит к нарушению нейрогенеза, нейродегенерации и апоптозу нейронов

 

В целом, в контексте алкогольной зависимости большинство хемокинов недостаточно изучены и мало представлены в литературе, особенно это касается исследований, выполненных с участием пациентов. Возможность использования этих белков в качестве патологически значимых биомаркеров или терапевтических мишеней должна быть рассмотрена в будущих клинических и трансляционных исследованиях.

Вклад авторов. С.А. Иванова – концепция, написание первичного текста; Е.В. Михалицкая, Н.М. Вялова – поиск и анализ данных литературы; Н.А. Бохан – концепция, редактирование статьи.

Финансирование. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 23-15-00338): «Сравнительное изучение роли иммуновоспаления и нейропротекции в патогенезе и клинике аффективных расстройств и алкогольной зависимости».

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм. Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов.

Авторлар туралы

E. Mikhalitskaya

Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of Sciences

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: Uzen63@mail.ru
Ресей, 634014, Tomsk

N. Vyalova

Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of Sciences

Email: Uzen63@mail.ru
Ресей, 634014, Tomsk

N. Bokhan

Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of Sciences

Email: Uzen63@mail.ru
Ресей, 634014, Tomsk

S. Ivanova

Tomsk National Research Medical Center of the Russian Academy of Sciences

Email: Uzen63@mail.ru
Ресей, 634014, Tomsk

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар