Изменения молекулярной сигнализации ключевых нейротрофических факторов в мозге при развитии аффективных нарушений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Пандемия COVID-19, повышение напряжённости политической обстановки, общее состояние неопределённости в современном мире привели к увеличению числа зарегистрированных случаев аффективных расстройств. Развитие аффективных нарушений принято связывать с такими нейротрансмиттерами, как серотонин и дофамин, однако современные тенденции направлены на изучение вовлечённости нейротрофических факторов в механизмы расстройства настроения.

Целью данного обзора являются обобщение и систематизация знаний о ключевых нейротрофических факторах и молекулярных механизмах их взаимосвязей.

Рассмотрены ключевые механизмы метаболизма таких белков, как нейротрофический фактор мозга (BDNF), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), инсулиноподобный фактор роста 1 (IGF-1), основной фактор роста фибробластов (FGF2), фактор роста нервов (NGF), нейротрофический фактор глиальной клеточной линии (GDNF). На основе анализа их отдельных молекулярных путей составлена комплексная схема множественного каскада взаимосвязанных реакций, в который включён каждый из этих белков. Выявлены ключевые молекулярные мишени — транскрипционный фактор NF-kB (ядерный фактор «каппа-би») и белок, связывающий элемент транскрипционного фактора cAMP (CREB), также в рамках обзора представлены кандидаты на роль лимитирующих факторов для данных молекулярных мишеней. Для каскада NF-kB в качестве лимитирующего фактора предложен рецептор нейротрофинов p75(NTR), для каскада CREB — внутриклеточная фосфолипаза (α-γ), бинарные молекулярные переключатели семейства родственных белков (RAS-GTP) и протеинкиназа В (AKT).

Об авторах

Сергей Юрьевич Карабанов

Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: s.karabanov@fncps.ru
ORCID iD: 0000-0002-1688-4045
SPIN-код: 8046-1515
Scopus Author ID: 57219601857

канд. ветеринар. наук

Россия, Москва

Анастасия Анатольевна Кибиткина

Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова Российской академии наук

Email: a.kibitkina@fncps.ru
ORCID iD: 0000-0001-6934-7342
SPIN-код: 7063-6360
Россия, Москва

Екатерина Романовна Василевская

Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова Российской академии наук

Email: e.vasilevskaya@fncps.ru
ORCID iD: 0000-0002-4752-3939
SPIN-код: 8668-7770

канд. техн. наук

Россия, Москва

Лилия Вячеславовна Федулова

Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова Российской академии наук

Email: l.fedulova@fncps.ru
ORCID iD: 0000-0003-3573-930X
SPIN-код: 4079-2394

д-р техн. наук, профессор РАН

Россия, Москва

Список литературы

  1. Сухов А.Н. Социально-психологический анализ безопасности различных групп // Человек: преступление и наказание. 2022. Т. 30, № 1. С. 102–109. EDN: GRZXGP doi: 10.33463/2687-1238.2022.30(1-4).1.102-109
  2. Maksimov S.A., Kotova M.B., Gomanova L.I., et al. Mental health of the russian federation population versus regional living conditions and individual income // Int J Environ Res Public Health. 2023. Vol. 20, N 11. P. 5973. doi: 10.3390/ijerph20115973
  3. World Health Organization Scientific [Internet]. Mental health and COVID-19: early evidence of the pandemic’s impact. Дата обращения: 24.04.2024. Режим доступа: https://iris.who.int/bitstream/handle/10665/352189/WHO-2019-nCoV-Sci-Brief-Mental-health-2022.1-eng.pdf?sequence=1
  4. Sekhon S., Gupta V. Mood disorder. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, 2023.
  5. Rădulescu I., Drăgoi A.M., Trifu S.C., Cristea M.B. Neuroplasticity and depression: Rewiring the brain’s networks through pharmacological therapy (review) // Exp Ther Med. 2021. Vol. 22, N 4. P. 1131. doi: 10.3892/etm.2021.10565
  6. Tunçel Ö.K., Sarisoy G., Çetin E., et al. Neurotrophic factors in bipolar disorders patients with manic episode // Turk J Med Sci. 2020. Vol. 50, N 4. P. 985–993. doi: 10.3906/sag-1907-70
  7. Mattson M.P., Maudsley S., Martin B. BDNF and 5-HT: a dynamic duo in age-related neuronal plasticity and neurodegenerative disorders // Trends Neurosci. 2004. Vol. 27, N 10. P. 589–594. doi: 10.1016/j.tins.2004.08.001
  8. Каширская Е.И., Логинов П.В., Мавлютова Е.Б. Нейротрофические факторы в регуляции и диагностике нейродегенеративных расстройств // Астраханский медицинский журнал. 2020. Т. 15, № 1. C. 48–57. EDN: ACBJAT doi: 10.17021/2020.15.1.48.57
  9. Wang Y., Liang J., Xu B., et al. TrkB/BDNF signaling pathway and its small molecular agonists in CNS injury // Life Sci. 2024. Vol. 336. P. 122282. doi: 10.1016/j.lfs.2023.122282
  10. Porter G.A., O’Connor J.C. Brain-derived neurotrophic factor and inflammation in depression: Pathogenic partners in crime? // World J Psychiatry. 2022. Vol. 12, N 1. P. 77–97. doi: 10.5498/wjp.v12.i1.77
  11. Je H.S., Yang F., Ji Y., et al. ProBDNF and mature BDNF as punishment and reward signals for synapse elimination at mouse neuromuscular junctions // J Neurosci. 2013. Vol. 33, N 24. P. 9957–9962. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0163-13.2013
  12. Je H.S., Yang F., Ji Y., et al. Role of pro-brain-derived neurotrophic factor (proBDNF) to mature BDNF conversion in activity-dependent competition at developing neuromuscular synapses // Proc Natl Acad Sci U S A. 2012. Vol. 109, N 39. P. 15924–15929. doi: 10.1073/pnas.1207767109
  13. Sathyanesan M., Newton S.S. Antidepressant-like effects of trophic factor receptor signaling // Front Mol Neurosci. 2022. Vol. 15. P. 958797. doi: 10.3389/fnmol.2022.958797
  14. Correia A.S., Cardoso A., Vale N. BDNF unveiled: exploring its role in major depression disorder serotonergic imbalance and associated stress conditions // Pharmaceutics. 2023. Vol. 15, N 8. P. 2081. doi: 10.3390/pharmaceutics15082081
  15. Numakawa T., Odaka H. Brain-derived neurotrophic factor signaling in the pathophysiology of alzheimer’s disease: beneficial effects of flavonoids for neuroprotection // Int J Mol Sci. 2021. Vol. 22, N 11. P. 5719. doi: 10.3390/ijms22115719
  16. Yu H., Chen Z.Y. The role of BDNF in depression on the basis of its location in the neural circuitry // Acta Pharmacol Sin. 2011. Vol. 32, N 1. P. 3–11. doi: 10.1038/aps.2010.184
  17. Yang T., Nie Z., Shu H., et al. The role of BDNF on neural plasticity in depression // Front Cell Neurosci. 2020. Vol. 14. P. 82. doi: 10.3389/fncel.2020.00082
  18. You H., Lu B. Diverse functions of multiple bdnf transcripts driven by distinct Bdnf Promoters // Biomolecules. 2023. Vol. 13, N 4. P. 655. doi: 10.3390/biom13040655
  19. Park C.H., Kim J., Namgung E., et al. The BDNF Val66Met polymorphism affects the vulnerability of the brain structural network // Front Hum Neurosci. 2017. Vol. 11. P. 400. doi: 10.3389/fnhum.2017.00400
  20. Tan P., Xue T., Wang Y., et al. Hippocampal NR6A1 impairs CREB-BDNF signaling and leads to the development of depression-like behaviors in mice // Neuropharmacology. 2022. Vol. 209. P. 108990. doi: 10.1016/j.neuropharm.2022.108990
  21. Caviedes A., Lafourcade C., Soto C., Wyneken U. BDNF/NF-κB signaling in the neurobiology of depression // Curr Pharm Des. 2017. Vol. 23, N 21. P. 3154–3163. doi: 10.2174/1381612823666170111141915
  22. Живкович М., Ермолаева Е.В., Соболева А.В., и др. Нейротрофический фактор мозга BDNF: новые данные, функции и вопросы // Гены и клетки. 2024. Т. 19, № 1. С. 61–84. EDN: PSCYSM doi: 10.17816/gc623163
  23. Nowacka M.M., Obuchowicz E. Vascular endothelial growth factor (VEGF) and its role in the central nervous system: a new element in the neurotrophic hypothesis of antidepressant drug action // Neuropeptides. 2012. Vol. 46, N 1. P. 1–10. doi: 10.1016/j.npep.2011.05.005
  24. Wang H., Yang Y., Pei G., et al. Neurotrophic basis to the pathogenesis of depression and phytotherapy // Front Pharmacol. 2023. Vol. 14. P. 1182666. doi: 10.3389/fphar.2023.1182666
  25. Борзилова Ю.А., Болдырева Л.А., Шлык И.В. Васкулоэндотелиальные факторы роста (VEGF): роль и место в патологических процессах // Вестник офтальмологии. 2016. Т. 132, № 4. C. 98–103. EDN: WJZPQH doi: 10.17116/oftalma2016132498-103
  26. Shibuya M. Vascular endothelial growth factor receptor-1 (VEGFR-1/Flt-1): a dual regulator for angiogenesis // Angiogenesis. 2006. Vol. 9, N 4. P. 225–231. doi: 10.1007/s10456-006-9055-8
  27. Matsuno H., Tsuchimine S., O’Hashi K., et al. Association between vascular endothelial growth factor-mediated blood-brain barrier dysfunction and stress-induced depression // Mol Psychiatry. 2022. Vol. 27, N 9. P. 3822–3832. doi: 10.1038/s41380-022-01618-3
  28. Wallensten J., Mobarrez F., Åsberg M., et al. Isoforms of soluble vascular endothelial growth factor in stress-related mental disorders: a cross-sectional study // Sci Rep. 2021. Vol. 11, N 1. P. 16693. doi: 10.1038/s41598-021-96313-8 Corrected and republished from: Sci Rep. 2023. Vol. 13, N 1. P. 10210. doi: 10.1038/s41598-023-37259-x
  29. Maglio L.E., Noriega-Prieto J.A., Maroto I.B., et al. IGF-1 facilitates extinction of conditioned fear // Elife. 2021. Vol. 10. P. e67267. doi: 10.7554/eLife.67267
  30. Levada O.A., Troyan A.S., Pinchuk I.Y. Serum insulin-like growth factor-1 as a potential marker for MDD diagnosis, its clinical characteristics, and treatment efficacy validation: data from an open-label vortioxetine study // BMC Psychiatry. 2020. Vol. 20, N 1. P. 208. doi: 10.1186/s12888-020-02636-7
  31. Wang S., Hou K., Gui S., et al. Insulin-like growth factor 1 in heat stress-induced neuroinflammation: novel perspective about the neuroprotective role of chromium // Stress Biol. 2023. Vol. 3, N 1. P. 23. doi: 10.1007/s44154-023-00105-1
  32. Arjunan A., Sah D.K., Woo M., Song J. Identification of the molecular mechanism of insulin-like growth factor-1 (IGF-1): a promising therapeutic target for neurodegenerative diseases associated with metabolic syndrome // Cell Biosci. 2023. Vol. 13, N 1. P. 16. doi: 10.1186/s13578-023-00966-z
  33. Sun L.Y., Al-Regaiey K., Masternak M.M., et al. Local expression of GH and IGF-1 in the hippocampus of GHdeficient long-lived mice // Neurobiol Aging. 2005. Vol. 26, N 6. P. 929–937. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2004.07.010
  34. Duman C.H., Schlesinger L., Terwilliger R., et al. Peripheral insulin-like growth factor-I produces antidepressant-like behavior and contributes to the effect of exercise // Behav Brain Res. 2009. Vol. 198, N 2. P. 366–371. doi: 10.1016/j.bbr.2008.11.016
  35. Levada O.A., Troyan A.S. Insulin-like growth factor-1: a possible marker for emotional and cognitive disturbances, and treatment effectiveness in major depressive disorder // Ann Gen Psychiatry. 2017. Vol. 16. P. 38. doi: 10.1186/s12991-017-0161-3
  36. Westwood A.J., Beiser A., Decarli C., et al. Insulin-like growth factor-1 and risk of Alzheimer dementia and brain atrophy // Neurology. 2014. Vol. 82, N 18. P. 1613–1619. doi: 10.1212/WNL.0000000000000382
  37. Kimoto A., Kasanuki K., Kumagai R., et al. Serum insulin-like growth factor-I and amyloid beta protein in Alzheimer’s disease: relationship with cognitive function // Psychogeriatrics. 2016. Vol. 16, N 4. P. 247–254. doi: 10.1111/psyg.12149
  38. Kim B., Elzinga S.E., Henn R.E., et al. The effects of insulin and insulin-like growth factor I on amyloid precursor protein phosphorylation in in vitro and in vivo models of Alzheimer’s disease // Neurobiol Dis. 2019. Vol. 132. P. 104541. doi: 10.1016/j.nbd.2019.104541
  39. Deng Z., Deng S., Zhang M.R., Tang M.M. Fibroblast growth factors in depression // Front Pharmacol. 2019. Vol. 10. P. 60. doi: 10.3389/fphar.2019.00060
  40. Xu Y.H., Zhu Y., Zhu Y.Y., et al. Abnormalities in FGF family members and their roles in modulating depression-related molecules // Eur J Neurosci. 2021. Vol. 53, N 1. P. 140–150. doi: 10.1111/ejn.14570
  41. Tang M., Cheng S., Wang L., et al. Decreased FGF19 and FGF21: possible underlying common pathogenic mechanism of metabolic and cognitive dysregulation in depression // Front Neurosci. 2023. Vol. 17. P. 1165443. doi: 10.3389/fnins.2023.1165443
  42. Tomé D., Dias M.S., Correia J., Almeida R.D. Fibroblast growth factor signaling in axons: from development to disease // Cell Commun Signal. 2023. Vol. 21, N 1. P. 290. doi: 10.1186/s12964-023-01284-0
  43. Xie Y., Su N., Yang J., et al. FGF/FGFR signaling in health and disease // Signal Transduct Target Ther. 2020. Vol. 5, N 1. P. 181. doi: 10.1038/s41392-020-00222-7
  44. Klimaschewski L., Claus P. Fibroblast growth factor signalling in the diseased nervous system // Mol Neurobiol. 2021. Vol. 58, N 8. P. 3884–3902. doi: 10.1007/s12035-021-02367-0
  45. Turner C.A., Eren-Koçak E., Inui E.G., et al. Dysregulated fibroblast growth factor (FGF) signaling in neurological and psychiatric disorders // Semin Cell Dev Biol. 2016. Vol. 53. P. 136–143. doi: 10.1016/j.semcdb.2015.10.003
  46. Evans S.J., Choudary P.V., Neal C.R., et al. Dysregulation of the fibroblast growth factor system in major depression // Proc Natl Acad Sci U S A. 2004. Vol. 101, N 43. P. 15506–15511. doi: 10.1073/pnas.0406788101
  47. Gaughran F., Payne J., Sedgwick P.M., et al. Hippocampal FGF-2 and FGFR1 mRNA expression in major depression, schizophrenia and bipolar disorder // Brain Res Bull. 2006. Vol. 70, N 3. P. 221–227. doi: 10.1016/j.brainresbull.2006.04.008
  48. Goswami D.B., Jernigan C.S., Chandran A., et al. Gene expression analysis of novel genes in the prefrontal cortex of major depressive disorder subjects // Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 2013. Vol. 43. P. 126–133. doi: 10.1016/j.pnpbp.2012.12.010
  49. Levy M.J.F., Boulle F., Steinbusch H.W., et al. Neurotrophic factors and neuroplasticity pathways in the pathophysiology and treatment of depression // Psychopharmacology (Berl). 2018. Vol. 235, N 8. P. 2195–2220. doi: 10.1007/s00213-018-4950-4
  50. Rocco M.L., Soligo M., Manni L., Aloe L. Nerve growth factor: early studies and recent clinical trials // Curr Neuropharmacol. 2018. Vol. 16, N 10. P. 1455–1465. doi: 10.2174/1570159X16666180412092859
  51. Minnone G., De Benedetti F., Bracci-Laudiero L. NGF and its receptors in the regulation of inflammatory response // Int J Mol Sci. 2017. Vol. 18, N 5. P. 1028. doi: 10.3390/ijms18051028
  52. László A., Lénárt L., Illésy L., et al. The role of neurotrophins in psychopathology and cardiovascular diseases: psychosomatic connections // J Neural Transm (Vienna). 2019. Vol. 126, N 3. P. 265–278. doi: 10.1007/s00702-019-01973-6
  53. Skaper S.D. Neurotrophic factors: an overview // Methods Mol Biol. 2018. Vol. 1727. P. 1–17. doi: 10.1007/978-1-4939-7571-6_1
  54. Snow W.M., Albensi B.C. Neuronal gene targets of NF-κB and their dysregulation in Alzheimer’s disease // Front Mol Neurosci. 2016. Vol. 9. P. 118. doi: 10.3389/fnmol.2016.00118
  55. Lim S., Moon M., Oh H., et al. Ginger improves cognitive function via NGF-induced ERK/CREB activation in the hippocampus of the mouse // J Nutr Biochem. 2014. Vol. 25, N 10. P. 1058–1065. doi: 10.1016/j.jnutbio.2014.05.009
  56. Kucharczyk M., Kurek A., Detka J., et al. Chronic mild stress influences nerve growth factor through a matrix metalloproteinase-dependent mechanism // Psychoneuroendocrinology. 2016. Vol. 66. P. 11–21. doi: 10.1016/j.psyneuen.2015.12.019
  57. Hellweg R., Ziegenhorn A., Heuser I., Deuschle M. Serum concentrations of nerve growth factor and brain-derived neurotrophic factor in depressed patients before and after antidepressant treatment // Pharmacopsychiatry. 2008. Vol. 41, N 2. P. 66–71. doi: 10.1055/s-2007-1004594
  58. Wiener C.D., de Mello Ferreira S., Pedrotti Moreira F., et al. Serum levels of nerve growth factor (NGF) in patients with major depression disorder and suicide risk // J Affect Disord. 2015. Vol. 184. P. 245–248. doi: 10.1016/j.jad.2015.05.067
  59. Zhang Y., Jiang H., Yue Y., et al. The protein and mRNA expression levels of glial cell line-derived neurotrophic factor in post stroke depression and major depressive disorder // Sci Rep. 2017. Vol. 7, N 1. P. 8674. doi: 10.1038/s41598-017-09000-y
  60. Sharma A.N., da Costa e Silva B.F., Soares J.C., et al. Role of trophic factors GDNF, IGF-1 and VEGF in major depressive disorder: A comprehensive review of human studies // J Affect Disord. 2016. Vol. 197. P. 9–20. doi: 10.1016/j.jad.2016.02.067
  61. Bahlakeh G., Rahbarghazi R., Mohammadnejad D., et al. Current knowledge and challenges associated with targeted delivery of neurotrophic factors into the central nervous system: focus on available approaches // Cell Biosci. 2021. Vol. 11, N 1. P. 181. doi: 10.1186/s13578-021-00694-2
  62. Шишкина Т.В., Ведунова М.В., Мищенко Т.А., Мухина И.В. Роль глиального нейротрофического фактора в функционировании нервной системы (обзор) // Современные технологии в медицине. 2015. Т. 7, № 4. С. 211–220. EDN: VEEDON doi: 10.17691/stm2015.7.4.27
  63. Liu X., Li P., Ma X., et al. Association between plasma levels of BDNF and GDNF and the diagnosis, treatment response in first-episode MDD // J Affect Disord. 2022. Vol. 315. P. 190–197. doi: 10.1016/j.jad.2022.07.041
  64. Wang H., Yang Y., Pei G., et al. Neurotrophic basis to the pathogenesis of depression and phytotherapy // Front Pharmacol. 2023. Vol. 14. P. 1182666. doi: 10.3389/fphar.2023.1182666
  65. Zinchuk M.S., Guekht A.B., Druzhkova T.A., et al. Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) in blood serum and lacrimal fluid of patients with a current depressive episode // J Affect Disord. 2022. Vol. 318. P. 409–413. doi: 10.1016/j.jad.2022.09.025
  66. Shi Y., Luan D., Song R., Zhang Z. Value of peripheral neurotrophin levels for the diagnosis of depression and response to treatment: A systematic review and meta-analysis // Eur Neuropsychopharmacol. 2020. Vol. 41. P. 40–51. doi: 10.1016/j.euroneuro.2020.09.633

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Карта молекулярных взаимодействий нейротрофических факторов при аффективных нарушениях.

Скачать (1MB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024

Ссылка на описание лицензии: https://eco-vector.com/for_authors.php#07

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).