БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 2, с. 248 - 259

УДК 577.2.04, 577.122.38, 577.122.5, 618.3 06, 612.64, 611.81.013

НЕЙРОТРОФИНЫ МОЗГА ПЛОДА И ПЛАЦЕНТЫ

ПРИ ПРЕНАТАЛЬНОЙ ГИПЕРГОМОЦИСТЕИНЕМИИ*

А.В. Арутюнян¹**, Ю.П. Милютина¹, А.Д. Щербицкая²,

Г.О. Керкешко¹, И.В. Залозняя¹, А.В. Михель¹

¹ НИИ акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта,

199034 Санкт Петербург, Россия; электронная почта: alexarutiunjan@gmail.com

² Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН, 194223 Санкт Петербург, Россия

Поступила в редакцию 25.09.2019

После доработки 28.10.2019

Принята к публикации 11.11.2019

Пренатальную гипергомоцистеинемию (ПГГЦ) вызывали путем хронической метиониновой нагрузки во

время беременности крыс, что приводило к значительному повышению уровня гомоцистеина не только в

крови самок, но и крови и мозге их плодов. При проведении морфометрических исследований на 20"й день

беременности отмечалось существенное уменьшение массы плаценты, плодов и их мозга. Установлено, что

ПГГЦ приводит к активации материнской иммунной системы, сопровождающейся увеличением содержа"

ния провоспалительного IL"1β в крови самок крыс и плодной части плаценты. ПГГЦ вызывала увеличение

содержания предшественников нейротрофических факторов BDNF (29 кДа) и NGF (31 кДа) и снижение

уровня нейрегулина NRG1 в плаценте, а также увеличение содержания изоформы BDNF (29 кДа) и NRG1

в мозге плодов. В мозге плодов, перенесших ПГГЦ, было обнаружено также повышение активности каспа"

зы"3. Предполагается, что изменение процессинга нейротрофинов при ПГГЦ, наряду с окислительным

стрессом и инициируемым им воспалительным процессом, а также апоптозом, играет важную роль в нару"

шениях развития мозга потомства.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: пренатальная гипергомоцистеинемия, нейротрофические факторы, провоспали"

тельные цитокины, плацента, мозг плодов.

DOI: 10.31857/S0320972520020086

Пренатальная гипергомоцистеинемия (ПГГЦ)

адаптации материнского организма к беремен"

относится к числу факторов, приводящих к из"

ности, росте и развитии плода принадлежит

менению структуры и функции различных кле"

плаценте, достаточно мало известно, какие про"

ток, систем органов и путей гомеостаза развиваю"

цессы, характеризующие ее функциональное

щегося организма, повышая риск возникнове"

состояние, наиболее подвержены воздействию

ния в дальнейшем различных патологических

нейротоксических соединений, вызывающих

состояний. Несмотря на то, что ключевая роль в

нарушения развития нервной системы в раннем

неонатальном периоде и зачастую проявляю"

щихся впоследствии у детей и взрослых в виде

Принятые сокращения: BDNF - нейротрофичес"

кий фактор мозга; IL"1β - интерлейкин"1β; IL"6 - интер"

тяжелых неврологических и психических забо"

лейкин"6; NGF - фактор роста нервов; NRG1 - нейрегу"

леваний (аутизм, шизофрения) [1-3].

лин 1; p75NTR - рецептор р75 нейротрофинов; TNF"α -

В последнее время расширяется круг иссле"

фактор некроза опухоли α; АФК - активные формы кис" дований, посвященных изучению роли в пла"

лорода; ГГЦ - гипергомоцистеинемия; ГЦ - гомоцисте"

ин; Е3 - 3"й день беременности; Е7 - 7"й день беремен"

центе нейротрофических факторов, участвую"

ности; Е12 - 12"й день беременности; Е20 - 20"й день

щих в формировании нервной системы плода.

эмбрионального развития; МЧП - материнская часть пла"

Известно, что нейротрофический фактор мозга

центы; ОС - окислительный стресс; ПГГЦ - пренаталь" (BDNF) и фактор роста нервов (NGF) принима"

ная гипергомоцистеинемия; ПЧП - плодная часть пла"

ют участие в жизненно важных процессах роста

центы.

и дифференциации нейронов центральной и пе"

* Первоначально английский вариант рукописи опубли"

риферической нервной системы развивающего"

кован на сайте «Biochemistry» (Moscow) http://protein.bio.

msu.ru/biokhimiya, в рубрике «Papers in Press», BM19"137,

ся плода [4-7]. Внимание исследователей, наря"

16.12.2019.

ду с BDNF и NGF, привлекает изучение нейре"

** Адресат для корреспонденции.

гулинов, выполняющих нейропротекторную

248

НЕЙРОТРОФИНЫ МОЗГА ПЛОДА И ПЛАЦЕНТЫ

249

функцию при развитии плода и новорожденно"

групп были извлечены плоды и плаценты, у пло"

го [8, 9].

дов был произведен забор ткани мозга и крови в

Нарушения функций мозга плода под влия"

те же временные интервалы после введения ме"

нием гомоцистеина (ГЦ) могут быть также свя"

тионина или воды. Были проанализированы

заны с повышением уровня в крови матери про"

классические параметры развития, такие как

воспалительных цитокинов, способных прони"

масса плаценты, масса тела и мозга эмбрионов

кать через фетоплацентарный барьер и вызы"

на E20. Сыворотку крови отделяли путем цент"

вать долгосрочные нарушения развития мозга у

рифугирования (2000 g 10 мин) и хранили при

потомства. Эффект провоспалительных цито"

-80 °С до начала анализа. Перед началом анали"

кинов обычно опосредован изменением под их

за плаценту отмывали от крови в 0,001М фос"

влиянием содержания нейротрофических фак"

фатном буфере (pH 7,4) и разделяли на материн"

торов, причем не только в мозге плода, но и в

скую (МЧП) и плодную (ПЧП) части.

плаценте, где эти факторы, как предполагается,

Содержание провоспалительных цитокинов

оказывают цитопротекторное действие [4-7].

определяли твердофазным ИФА методом с ис"

Целью данной работы было изучение дина"

пользованием тест"систем Quantikine Rat IL"6,

мики развития ПГГЦ при хронической метиони"

Quantikine Rat IL"1 beta/IL"1F2 Quantikine Rat

новой нагрузке крыс и выяснение, какое воздей"

TNF"α («R&D Systems», США), предназначен"

ствие оказывает она на содержание провоспали"

ных для определения крысиного интерлейкина"6

тельных цитокинов и наиболее значимых в фор"

(IL"6), интерлейкина"1β (IL"1β) и фактора нек"

мировании нервной системы плода нейротрофи"

роза опухоли α (TNF"α) в супернатантах, сыво"

ческих соединений (BDNF, NGF, а также нейре"

ротке и плазме крови.

гулин 1, NRG1) в плаценте и мозге эмбрионов.

Определение содержания NRG1 в плаценте

и цельном мозге плодов проводили с помощью

тест"системы NRG1"beta

1 ELISA Kit

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

(«RayBiotech», США) согласно протоколу про"

изводителя.

В экспериментах использованы беременные

Для проведения Вестерн"блот анализа гомо"

самки крыс линии Вистар (5-6 мес.), которые

генаты тканей мозга и плаценты готовили на

были разделены на 2 группы. Первая группа со"

0,001 М фосфатном буфере (pH 7,4) в соотноше"

стояла из животных, находившихся на стандарт"

нии 1 к 2 (m/V) в стеклянном гомогенизаторе,

ном рационе, и их плодов, взятых на 20"й день

затем центрифугировали 16 000 g в течение

эмбрионального развития (Е20). Вторую группу

20 мин для удаления клеточного дебриса. Кон"

составили самки крыс, получавшие метионино"

центрацию общего белка в пробах оценивали по

вую нагрузку на фоне стандартного рациона, и

методу Бредфорда [12]. Образцы, содержащие

их плоды на тот же день эмбрионального разви"

по 50 мкг белка, разделяли в 10%"м полиакрила"

тия. У самок крыс анализировали плаценту и

мидном геле в денатурирующих условиях по

сыворотку крови, у плодов - цельный мозг. При

Лэммли и переносили на PVDF"мембрану.

проведении работ использовали разработанный

Мембраны блокировали раствором 2%"го аль"

нами ранее метод моделирования гипергомо"

бумина «(Sigma"Aldrich Chem. Co.», СШA) в

цистеинемии (ГГЦ) матери, основанный на до"

растворе TBST (50 мM Tris"HCl; 150 мM NaCl;

зированной метиониновой нагрузке, создавае"

0,1% Tween 20). Содержание BDNF выявлялось

мой путем принудительного перорального вве"

с помощью специфичных первичных антител

дения экспериментальным животным 0,15%"го

Anti"BDNF antibody [EPR1292] (rabbit Ab 1:1000,

водного раствора L"метионина (0,10-0,15 г в

«Abcam», США). Чтобы оценить относительные

расчете на животное, ежедневно, начиная с чет"

концентрации NGF в исследуемых образцах, мы

вертого дня после оплодотворения до родораз"

использовали Anti"NGF antibody [EP1320Y]

решения) [10]. Состояние ГГЦ оценивали путем

(rabbit Ab 1:1000, «Abcam»), которые распознают

определения содержания общего L"ГЦ в сыво"

иммунореактивные формы NGF ~ 30 кДа. Пос"

ротке крови самок крыс на иммунохемилюми"

ле инкубации с соответствующими HRP"конъю"

несцентном анализаторе

«Architect i1000»

гированными козьими антителами

(1:1000,

(«Abbott», США) через 1, 6, 18 и 24 ч после вве"

«BioRad», СШA), сигналы визуализировали с

дения метионина. Для отслеживания суточной

помощью усиленной хемилюминесценции

динамики концентрации ГЦ в крови на 3"й (Е3,

(ECL «BioRad»). Интенсивность полос, полу"

т.е. до начала введения метионина или воды),

ченных в результате иммуноблоттинга, опреде"

7"й (Е7), 12"й (Е12) дни беременности у самок

ляли с помощью программного обеспечения

забирали кровь из десны [11] и на 20"й день

ImageLab. Руководствуясь существующими ре"

(Е20) после декапитации. На Е20 у самок обеих

комендациями по процедуре нормализации со"

7 БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

250

АРУТЮНЯН и др.

держания белка"мишени [13], полученные дан"

Статистическая обработка осуществлена с ис"

ные были нормализованы по глицеральдегид"3"

пользованием программы STATISTICA

10.0

фосфат дегидрогеназе (GAPDH (14C10) Rabbit

(«StatSoft», США). Для сравнения изучаемых по"

Ab, 1:1000, Cell Signaling) и содержанию общего

казателей применяли непараметрический U"кри"

белка в геле, определяемого с помощью техно"

терий Манна-Уитни либо параметрический t"

логии stain free («BioRad») согласно инструкции

тест для независимых выборок. Характер распре"

производителя.

деления данных оценивали с помощью критерия

Для анализа активности каспазы"3 был ис"

Шапиро-Уилка. Данные представлены как сред"

пользован буфер (20 мМ HEPES; 0,1%"ный

нее значение ± SEM или Me [25%, 75%] (Ме - ме"

CHAPS; 2 мМ EDTA, 5 мМ DTT, pH 7,4). В ка"

диана, 25% и 75% - 1"й и 3"й квартили) по мень"

честве субстрата использовали 4 мМ раствор

шей мере шести независимых экспериментов.

синтетического пептида Ac"DEVD"pNA (аце"

Критический уровень значимости при проверке

тил"Asp"Glu"Val"Asp"p"нитроанилид). Пробы,

статистических гипотез принимали равным 0,05.

содержащие 120 мкг белка, инкубировали в тер"

мостате при 37 °С 10 мин, измерили оптическую

плотность при

405 нм, после добавления

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

субстрата инкубировали планшет при 37 °С и

измеряли оптическую плотность при 405 нм че"

Как показали проведенные исследования,

рез каждые 5 мин в течение 25 мин. Активность

использованная нами модель метиониновой

каспазы выражается в мкмоль продукта реакции

нагрузки приводит к повышению содержания

pNA/мин/мг белка.

уровня ГЦ в крови беременных самок крыс,

крови и мозге плодов (рис. 1). На Е3, до начала

введения воды (контроль) или метионина, уро"

вень ГЦ в сыворотке крови самок составлял

5,7 ± 0,37 мкмоль/л в контрольной группе и

5,7 ± 0,70 мкмоль/л в подопытной группе крыс.

На Е7 у самок крыс забирали кровь через 1, 6, 18

и 24 ч после введения метионина. Как видно из

рис. 1, а, уже через 1 ч после перорального введе"

ния метионина наблюдается значимое (p

0,01)

повышение содержания ГЦ с максимальной кон"

центрацией через 6 ч (130,60 ± 33,48 мкмоль/л)

по сравнению с контрольной группой животных

(5,23 ± 0,10 мкмоль/л). Однако к 18"ти часам

уровень ГЦ в крови крыс подопытной группы

снижается до контрольных значений и состав"

ляет (5,46 ± 0,14 мкмоль/л). На Е12 и Е20 дина"

мика изменений повторяется, однако концент"

рация ГЦ приходит к норму значительно позже

- только к 24"м часам после введения метиони"

на. Таким образом, максимальный уровень ГЦ,

превышающий контрольный в десятки раз, наб"

людался у беременных самок крыс через 1-6 ч

после введения метионина.

Хроническое введение крысам при беремен"

ности метионина вызывало повышение уровня

ГЦ после каждого сеанса метиониной нагрузки

не только в крови матерей, но и в крови и мозге

Рис. 1. Суточная динамика содержания ГЦ через 1 ч, 6 ч,

18 ч и 24 ч после приема беременными самками метиони"

их плодов на Е20. Уровень ГЦ быстро достигал

на (ГГЦ) или воды (контроль). а - Суточная динамика со"

максимальных значений (через 1-6 ч), затем

держания ГЦ в сыворотке крови беременных самок крыс

постепенно снижался, становясь через 24 ч ста"

на третий (Е3), седьмой (Е7), двенадцатый (Е12) и двадца"

тый (Е20) день беременности (n = 5-7); б - суточная дина"

тистически не отличимым от контрольных зна"

мика содержания ГЦ в сыворотке крови плодов на E20 (n =

чений (рис. 1, б, в).

4-6) (ПГГЦ - пренатальная гипергомоцистеинемия);

Наряду с повышением уровня ГЦ в крови

в - суточная динамика содержания ГЦ в мозге плодов на

при ПГГЦ наблюдалось изменение морфомет"

E20 (n = 4-6) (ПГГЦ - пренатальная гипергомоцистеине"

мия); * p ≤ 0,05, ** p ≤ 0,01. Данные представлены как сред"

рических показателей. На Е20 было зарегистри"

нее арифметическое и ошибка среднего (M ± SEM)

ровано уменьшение массы плаценты и массы

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

НЕЙРОТРОФИНЫ МОЗГА ПЛОДА И ПЛАЦЕНТЫ

251

Рис. 2. Масса плаценты на 20"й день беременности (n = 80) (а), плода на E20 (n = 80) (б) и мозга плода на E20 (n = 80) (в)

в контрольной группе (Контроль) и в группе с пренатальной гипергомоцистеинемией (ПГГЦ); * p ≤ 0,05, ** p ≤ 0,01. Дан"

ные представлены как среднее арифметическое и ошибка среднего (M ± SEM)

IL"6

IL"1β TNF"α

IL"6

IL"1β TNF"α

IL"6

IL"1β TNF"α

IL"6

IL"1β TNF"α

Рис. 3. Содержание провоспалительных цитокинов в сыворотке крови беременных самок крыс (n = 13) (а), в плодной час"

ти плаценты самок крыс на 20"й день беременности (n = 13) (б), в материнской части плаценты самок крыс на 20"й день

беременности (n = 13) (в) в контрольной группе (контроль) и у крыс с экспериментальной гипергомоцистеинемией

(ГГЦ). Содержание провоспалительных цитокинов в мозге плодов на E20 (г) в контрольной группе (контроль) и в груп"

пе, перенесших пренатальную гипергомоцистеинемию (ПГГЦ); * p ≤ 0,05, ** p ≤ 0,01. Данные представлены как среднее

арифметическое и стандартная ошибка среднего (M ± SEM)

плодов при ПГГЦ (p < 0,001). Следует особо

но повышение содержания IL"1β в крови бере"

подчеркнуть, что были получены данные о зна"

менных самок крыс и ПЧП через 24 ч после пос"

чимом снижении массы мозга плодов, подверг"

леднего введения метионина. Как показано на

шихся влиянию ПГГЦ, почти на 10% (рис. 2).

рис. 3, а, б, содержание IL"1β в сыворотке крови

При определении влияния ПГГЦ на уровень

подопытных животных при этом возрастает в 6

провоспалительных цитокинов было установле" раз, достигая 30 пг/мл (p < 0,001), а в ПЧП -

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

252

АРУТЮНЯН и др.

Рис. 4. Содержание BDNF и NGF в плодной (ПЧП, n = 6) и материнской (МЧП, n = 10) частях плаценты крыс на 20"й

день беременности и в мозге плодов на E20 (n = 10) в контрольной группе (контроль) и группе животных, перенесших

пренатальную гипергомоцистеинемию (ПГГЦ). а - Репрезентативный Вестерн"блот двух изоформ BDNF (~29 кДа и ~14

кДа); б - результаты денситометрического анализа содержания изоформ BDNF (ось ординат - интенсивность полос в

пикселях, полученных методом иммуноблоттинга, выраженная в условных единицах); в - репрезентативный Вестерн"

блот NGF; г - результаты денситометрического анализа содержания NGF (ось ординат - интенсивность полос в пиксе"

лях, полученных методом иммуноблоттинга, выраженная в условных единицах); *** p ≤ 0,01; * p ≤ 0,05. Данные представ"

лены как среднее арифметическое и стандартная ошибка среднего (M ± SEM)

около 2 раз, составляя более 10 пг/мг белка

ние других провоспалительных цитокинов (IL"6,

(p < 0,05). В МЧП уровень провоспалительных

TNF"α) в крови матери и плаценте. Следует от"

цитокинов при этом не изменялся (рис. 3, в).

метить, что в мозге плодов на Е20 при этом от"

ГГЦ не оказывала действия также на содержа"

сутствовали изменения в содержании не только

IL"6 и TNF"α, но и IL"1β (рис. 3, г).

Использованный нами подход с применени"

ем иммуноблоттинга позволил выявить в МЧП и

ПЧП, а также в мозге плодов на Е20 две полосы

окрашивания: ~14 кДа, по мол. массе соответ"

ствующую зрелой изоформе BDNF (mBDNF), и

~29 кДа, которая может соответствовать пред"

шественнику BDNF (proBDNF) и/или его усе"

ченной форме (truncated BDNF) (рис. 4, а, б).

Полученные результаты указывают на то, что в

ПЧП обнаруживаются следовые количества зре"

лой формы BDNF, тогда как в МЧП она содер"

жится в сопоставимых количествах с мозгом

плодов (75,6 ± 11,37 усл. ед. и 78,5 ± 3,22 усл.ед.

соответственно) и не изменяется при ПГГЦ.

Наряду с этим, содержание фракции BDNF с

мол. массой 29 кДа в ПЧП и МЧП значительно

Рис. 5. Содержание нейротрофического фактора NRG1 в

выше, по сравнению со зрелой формой нейро"

материнской (МЧП), плодной (ПЧП) частях плаценты

трофина, и увеличивается под влиянием ПГГЦ

крыс и в мозге плодов на Е20 (n = 8), выявленное иммуно" (p < 0,05). В мозге плодов содержание этой изо"

ферментным методом в контрольной группе (контроль) и

формы также превышает количество mBDNF и

группе животных при экспериментальной гипергомоцис"

теинемии (ПГГЦ); * p ≤ 0,05. Данные представлены как Me

повышается в условиях ПГГЦ. Содержание изо"

[25%, 75%]

формы BDNF с мол. массой 14 кДа было значи"

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

НЕЙРОТРОФИНЫ МОЗГА ПЛОДА И ПЛАЦЕНТЫ

253

ткани мозга плодов на Е20, матери которых по"

требляли метионин, в 1,66 раза по сравнению с

плодами контрольной группы (рис. 5).

Обнаружена повышенная активность фер"

мента каспазы"3 в мозге плодов на E20, перенес"

ших ПГГЦ. Данное наблюдение выражалось в

повышенном приросте продукта ферментатив"

ной реакции, где он составил 3,74 ± 0,17 мкмоль

pNA/мин/мг белка, по сравнению с контроль"

ными животными, где данный показатель был

равен 3,16 ± 0,19 мкмоль pNA/мин/мг белка

(p < 0,05) (рис. 6).

Рис. 6. Активность каспазы"3 в гомогенате мозга плодов на

Е20 в контрольной группе (контроль, n = 16) и в группе,

перенесших пренатальную гипергомоцистеинемию

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

(ПГГЦ, n = 21); * p ≤ 0,05. Данные представлены как сред"

нее арифметическое и стандартная ошибка среднего

Несмотря на то, что ПГГЦ является причи"

(M ± SEM)

ной возникновения глубоких функциональных

нарушений ЦНС потомства, о чем свидетель"

тельно снижено по сравнению с изоформой

ствуют работы, опубликованные ранее нами [14,

29 кДа в плаценте (соотношение р14/p29 в МЧП

15], а также другими отечественными и зарубеж"

в контрольной группе составило 0,195 ± 0,027, в

ными исследователями [16-21], не представля"

подопытной группе - 0,130 ± 0,029; соотноше"

ется окончательно ясным, чем вызваны эти на"

ние р14/p29 в ПЧП в контрольной группе соста"

рушения, и в какой мере они обусловлены изме"

вило 0,017 ± 0,014, в подопытной группе -

нением функционального состояния плаценты.

0,011 ± 0,005), в то время как в ткани мозга пло"

ГГЦ у матери сопровождается, как отмечается в

дов содержание обеих изоформ различалось не

вышеперечисленных экспериментальных иссле"

столь заметно (соотношение р14/p29 в кон"

дованиях, повышением содержания ГЦ в крови

трольной группе составило 0,707 ± 0,035, в груп"

новорожденных животных. В этой связи важно

пе с ПГГЦ - 0,668 ± 0,037). ПГГЦ вызывала уве"

отметить, что в настоящем исследовании нами

личение уровня изоформы 29 кДа как в плацен"

впервые обнаружена ПГГЦ эмбрионов, у мате"

те, так и мозге плодов и не влияла на содержа"

рей которых в период беременности уровень ГЦ

ние изоформы 14 кДа, следует отметить, что на"

был повышен. Можно представить, что ГЦ, об"

иболее значительно при этом возрастало содер"

разующийся в повышенной концентрации вслед"

жание изоформы 29 кДа в МЧП. На рис. 4, в, г

ствие нарушения его метаболизма, легко пре"

представлены данные, свидетельствующие о

одолевает фетоплацентарный барьер путем

том, что метод иммунноблота, наряду с опреде"

простой диффузии или связываясь со специфи"

лением изоформ BDNF, может быть успешно

ческим белком"транспортером [22]. Нами ранее

использован для выявления в плаценте фактора

было установлено, что одной из причин нейро"

роста нервов NGF. Установлено, что изоформа

токсического действия ПГГЦ является повы"

NGF с мол. массой ~ 31 кДа также, как и изо"

шенная чувствительность клеток нервной систе"

форма BDNF 29 кДа присутствует как в МЧП,

мы к эксайтотоксическому и окислительному

так и ПЧП, а также в мозге плодов на Е20. По"

повреждению, о чем можно судить на основании

казано, что в МЧП и ПЧП, по аналогии с изо"

данных о подавлении в этих условиях функции

формой BDNF с мол. массой 29 кДа уровень

NMDA"рецепторов глутамата [23], снижении

NGF возрастает при ГГЦ, но в мозге плодов на

выживаемости нейронов при повышенной гене"

Е20 при этом отмечается лишь тенденция к его

рации активных форм кислорода (АФК), умень"

увеличению, что, возможно, обусловлено зна"

шении содержания низкомолекулярных антиок"

чительным разбросом полученных данных.

сидантов и ингибировании активности антиок"

Исследование содержания нейротрофина

сидантных ферментов [24, 25]. Роль окислитель"

NRG1 в ПЧП не выявило достоверных измене"

ного стресса (ОС) в индуцированных ГГЦ нару"

ний данного показателя в экспериментальной

шениях развития нервной системы и когнитив"

группе по сравнению с контролем. Однако в

ной функции потомства подтверждается также

МЧП в группе с введением метионина обнару"

тем, что они могут быть устранены путем введе"

жено достоверное снижение содержания данно"

ния животным во время беременности мелато"

го ростового фактора (p < 0,05). Исследование

нина и некоторых коротких пептидов, обладаю"

содержания NRG1 выявило его повышение в

щих антиоксидантными свойствами [14, 17, 26].

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

254

АРУТЮНЯН и др.

Полученные нами результаты о стимулиро"

числе, и различными клетками иммунной сис"

вании под влиянием ОС продукции IL"1β при

темы, придается большое значение при разви"

ПГГЦ согласуются с экспериментальными дан"

тии нейродегенеративных заболеваний [40].

ными, полученными рядом исследователей на

NRG1 (как BDNF и NGF) участвует в регу"

взрослых животных. Установлено, что острая и

ляции пролиферации, миграции, дифференци"

хроническая ГГЦ вызывает повышение содер"

ровки различных клеток и в процессах синапто"

жания провоспалительных цитокинов (IL"1β,

генеза. Как показано в данной работе, уровень

IL"6, TNF"α) в крови и мозге крыс [27, 28].

NRG1 возрастает в мозге плодов на Е20 парал"

Предполагается, что одним из механизмов про"

лельно со снижением в МЧП. Известно, что

воспалительного эффекта ГЦ является его воз"

NRG1 также принимает участие в регуляции ме"

действие на плацентарные макрофаги, приводя"

таболизма метионина, а, следовательно, и ГЦ, в

щее к усилению ими синтеза и секреции про"

нейронах за счет стимуляции работы метионин"

воспалительных цитокинов [29]. Важная роль в

синтазы метилкобаламином и активации синте"

активации этой секреции отводится повыше"

за глутатиона [41]. Полученные результаты сви"

нию уровня образования АФК макрофагами и

детельствуют о том, что плацентарный NRG1

клетками эндотелия сосудов в ответ на повыше"

может проявлять защитные свойства против

ние уровня ГЦ в крови. В эндотелиальных клет"

нейротоксического влияния ГГЦ матери на

ках ГГЦ через усиление генерации АФК может

плод. Несмотря на установленную роль NRG1 в

вызвать системное воспаление, сопровождаю"

развитии мозга плода [8, 9], исследования, нап"

щееся высвобождением IL"1β [30]. Полученные

равленные на изучение функций данного фак"

нами результаты позволяют рассматривать

тора в плаценте, единичны. Были показаны

ПГГЦ в качестве фактора, приводящего к избы"

экспрессия и секреция нейрегулина NRG1

точной активации материнской иммунной сис"

стромальными децидуальными клетками и выс"

темы, следствием чего является повышение

казано предположение о его роли в паракрин"

уровня в крови провоспалительных цитокинов,

ной регуляции выживаемости, дифференциров"

в частности, IL"1β, способного проникать через

ки и обеспечении адекватной инвазии клеток

фетоплацентарный барьер, что может вызывать

вневорсинчатого трофобласта, благодаря акти"

нейродегенеративные и другие долгосрочные

вации сигнальных путей, приводящих к подав"

нарушения развития мозга у потомства [31-33].

лению апоптоза [42], который, как известно,

Повышенное содержание IL"1β может быть

усиливается при ГГЦ, вызывая гибель клеток

обусловлено индукцией его экспрессии при

трофобласта [43, 44].

участии NMDA"рецепторов глутамата, что было

Противоапоптотическими свойствами обла"

показано рядом авторов при фокальной ише"

дают также и нейротрофические факторы

мии мозга [34, 35]. Исходя из значения NMDA"

BDNF и NGF [45], уровень которых в плаценте

рецепторной сигнальной системы в нейроток"

при ПГГЦ, согласно полученным нами данным,

сичности ГЦ, нельзя исключить функциониро"

возрастал. Однако необходимо принять во вни"

вания этого механизма в условиях ПГГЦ.

мание, что обнаруженное повышение содержа"

Подобный эффект IL"1β и других провоспа"

ния касалось только их незрелых изоформ. На"

лительных цитокинов может быть опосредован

ряду с этим, полученные результаты показыва"

изменением под их воздействием содержания

ют, что содержание mBDNF, образующегося в

нейротрофических факторов, причем как в моз"

результате протеолитического процессинга бел"

ге плодов, так и плаценте, где эти факторы, как

ка"предшественника proBDNF [46, 47], в пла"

предполагается, проявляют цитопротекторный

центе незначительно, и оно не изменится под

эффект и играют существенную роль в процес"

влиянием ППГЦ. По мнению некоторых авто"

сах плацентарного ангиогенеза [36-38]. Полу"

ров, критические периоды развития плаценты и

ченные данные свидетельствуют о существен"

мозга плода находятся под влиянием схожих био"

ном изменении уровня нейротрофинов в пла"

логических сигналов [48]. Тот факт, что BDNF

центе. Известно, что в плаценте осуществляется

является одним из факторов, который активно

синтез ряда нейроактивных соединений, кото"

участвует в критических процессах развития

рые проникают через фетоплацентарный барьер

нервной системы плода, может указывать на

и оказывают влияние на развитие мозга плода

возможность наблюдения сходных изменений в

[36, 39], причем следует ожидать, что в условиях

содержании BDNF в мозге плода и плаценте на

развития провоспалительного процесса, инду"

одном и том же этапе пренатального развития

цированного ПГГЦ, их продукция может изме"

[49]. Полученные результаты о сопоставимости

няться. В этой связи следует отметить, что изу"

уровней нейротрофинов в развивающемся моз"

чению роли нейротрофинов (включая исследуе"

ге (Е20) и плаценте согласуются с данными ис"

мые нами BDNF и NGF), продуцируемых, в том

следователей, которые указывают на то, что

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

НЕЙРОТРОФИНЫ МОЗГА ПЛОДА И ПЛАЦЕНТЫ

255

экспрессия мРНК BDNF в плаценте крыс с уве"

ротрофина в зрелую форму и/или быстрого пот"

личением сроков беременности возрастает и

ребления mBDNF в плаценте по сравнению с

достигает максимума к 21 дню гестации [5]. Ус"

мозгом плодов.

тановлено, что proBDNF оказывает противопо"

Анализ литературных данных позволяет

ложное (по сравнению с mBDNF) влияние на

прийти к заключению о том, что динамическое

выживание и функционирование нейронов,

равновесие (баланс) между всеми изоформами

развитие синаптической пластичности [50], что

BDNF, образующимися при процессинге,

особенно наглядно проявляется при исследова"

включая его «усеченную» форму, играет важную

нии нейродегенеративных патологий [51]. В от"

роль в проявлении пластичности нервной сис"

личие от mBDNF, который взаимодействует с

темы и когнитивных функций, нарушающихся

тирозинкиназным Trk"В рецептором тропомио"

при различных патологических состояниях ор"

зина, обладающим к нему высоким сродством,

ганизма [58].

proBDNF связывается с рецептором р75 нейрот"

Процессинг NGF также, как и BDNF, связан

рофинов (p75NTR), активация которого приво"

с протеолитическим расщеплением предшест"

дит к снижению пролиферации нейронов и уси"

венников до зрелых форм, обладающих высо"

лению процессов апоптоза [52]. При этом пола"

ким сродством к Trk"киназным рецепторам тро"

гают, что proBDNF является нейротрофином,

помиозина, связывание с которыми обуславли"

представленным преимущественно в раннем

вает их нейропротекторное действие и выжива"

постнатальном периоде, тогда как эффекты

ние нервных клеток. Взаимодействие proNGF и

mBDNF проявляются, в основном, во взрослом

proBDNF с p75NTR рецептором приводит к

организме [53, 54].

апоптозу и обуславливает его нейротоксические

Широко использующиеся методы иммуно"

эффекты [62, 63], которые проявляются не толь"

ферментного анализа не позволяют выявить

ко в нейронах, но и в клетках глии, стимулируя

различные молекулярные изоформы BDNF и

в ней воспалительный процесс вследствие ин"

других нейротрофинов. Исходной формой ней"

тенсивной продукции TNF"α [64]. При исследо"

ротрофического фактора BDNF является pre"

ваниях с помощью иммуноблота NGF (в отли"

pro BDNF с мол. массой 35 кДа, распадающий"

чие от BDNF) в мозге грызунов почти пол"

ся с образованием proBDNF (32 кДа). Последу"

ностью обнаруживается в виде предшественни"

ющий протеолиз proBDNF при участии внут"

ка с мол. массой 32 кДа [63], а mNGF вследствие

риклеточных протеолитических ферментов, о

крайне незначительного содержания в нем

чем свидетельствуют результаты многочислен"

практически не детектируется [65]. Низкое со"

ных исследований, приводит к образованию

держание mNGF может быть связано с тем, что

зрелой формы mBDNF с мол. массой 13-15 кДа

proNGF легко образует стабильный комплекс с

[55-57] и/или т.н. «усеченной» формы BDNF

присутствующим в тканях растворимым альфа"

(28 кДа), функциональное значение которой

2"макроглобулином, что приводит к повыше"

пока не установлено [58, 59]. Имеются данные о

нию его устойчивости к протеолитическому рас"

том, что NGF и BDNF экспрессируются неоди"

щеплению с образованием mNGF [62]. Вместе с

наково в разных областях плаценты [60]. Наши

тем, полагают, что в секретируемом клеткой пу"

данные также указывают на то, что МЧП и ПЧП

ле NGF содержатся его обе формы (proNGF и

существенно отличаются по содержанию иссле"

mNGF) [63], и использование иммунофермент"

дованных нейротрофинов, в частности, показа"

ного анализа ELISA позволяет определить сум"

ны более значимые уровни BDNF, NGF и, в

марный уровень нейротрофина.

особенности, соотношение mBDNF к proBDNF

Приведенные в данной работе результаты

в МЧП. При этом учитывая, что функции изо"

позволяют утверждать, что ПГГЦ приводит к

форм BDNF в развивающемся мозге и различ"

повышению содержания в плаценте незрелых

ных частях плаценты могут существенно разли"

форм BDNF и NGF, что может быть следствием

чаться, некоторые исследователи считают более

замедления их дальнейшего процессинга и от"

информативным измерение не только их инди"

рицательно сказываться на развитии плода.

видуальных уровней, но и соотношение

При сопоставлении с данными литературы сле"

mBDNF и proBDNF

[61]. Преобладание

дует полагать, что выявленные нами изоформы

proBDNF, сниженное содержание mBDNF, и,

BDNF с мол. массой 29 кДа и NGF с мол. мас"

как следствие, более низкие уровни отношения

сой 31 кДа, скорее всего, являются предшест"

mBDNF к proBDNF в МЧП и особенно в ПЧП,

венниками зрелых форм нейротрофинов, обла"

по сравнению с развивающимся мозгом плодов

дающих нейротрофическими свойствами. Нель"

на E20, были впервые обнаружены в нашей ра"

зя исключить при этом, что полоса с мол. мас"

боте. Эти различия могут быть следствием либо

сой 29 кДа может быть представлена также усе"

более низкой скорости превращения проней"

ченной изоформой BDNF. Отличия в измене"

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

256

АРУТЮНЯН и др.

нии содержания нейротрофинов в МЧП и ПЧП

отмечалось, в частности, при воздействии ГЦ на

под влиянием ГГЦ могут быть рассмотрены с

клетки трофобласта [43, 44], а также мозг потом"

позиций некоторых исследователей, которые

ства крыс, перенесших ПГГЦ [16].

считают, что в различных частях плаценты в ус"

В механизме повреждающего действия ГГЦ,

ловиях патологии возникает ОС разной интен"

помимо перечисленных факторов, существен"

сивности, который вызывает компенсаторный

ную роль играют эпигенетические модифика"

ответ в виде повышения содержания нейротро"

ции, связанные с реакциями метилирования, в

финов, необходимых в условиях патологии бе"

первую очередь ДНК"метилирования, посколь"

ременности и стрессорных воздействий для

ку образование из S"аденозилметионина, явля"

формирования жизнеспособного плода [66].

ющегося основным донором метильных групп,

Полученные данные о влиянии ПГГЦ на содер"

S"аденозил"ГЦ приводит к ингибированию

жание предшественников нейротрофинов в

процессов метилирования в организме [60]. Су"

плаценте нашли подтверждение при исследова"

ществуют сведения о том, что фолатная недо"

нии мозга плодов на Е20, в котором также наб"

статочность при ГГЦ вызывает снижение ДНК"

людалось их повышенное образование под вли"

метилирования в плаценте, что может оказывать

янием перенесенной ГГЦ, статистически значи"

негативное воздействие на рост и развитие пло"

мое при определении BDNF и на уровне тен"

да [67, 68]. ДНК"метилированию в настоящее

денции в отношении NGF. Характерно, что так"

время придается большое значение в регуляции

же как в плаценте, в мозге плодов в условиях

экспрессии генов нейротрофинов, в частности

ПГГЦ содержание зрелой формы BDNF не из"

BDNF, при развитии нервной системы и ряде

менялось.

нейродегенеративных заболеваний [67, 68]. В

Можно представить наличие нескольких

связи с этим изучение зависимости между про"

причин, лежащих в основе негативного действия

цессингом различных форм нейротрофинов и

ПГГЦ на развивающийся организм плода. Про"

интенсивности ДНК"метилирования предста"

явлением токсичности ГЦ при воздействии на

вит безусловный интерес для понимания при"

плод является обнаруженное нами снижение та"

чин возникновения нарушений функциональ"

ких жизненно важных показателей, как масса

ного состояния плаценты и развития плода при

плаценты, масса плода и масса его мозга. Одним

ПГГЦ.

из факторов, приводящих к таким последствиям,

Таким образом, можно сделать заключение,

может быть вызванный ГГЦ ОС, как было описа"

что при экспериментальной ПГГЦ, вызванной

но ранее в наших исследованиях [25], а также в

хронической метиониновой нагрузкой крыс

работах других авторов [14, 17, 19]. Развитию ОС

при беременности, отмечаются существенные

способствует также воспалительная реакция,

изменения морфометрических показателей, со"

стимулируемая, как показано в данном исследо"

держания интерлейкина"1β и нейротрофичес"

вании, при ПГГЦ повышенным образованием

ких соединений (BDNF, NGF, NRG1) плацен"

IL"1β в крови беременных самок и ПЧП. Извест"

ты, которые обуславливают нарушение разви"

но, что одним из механизмов повреждающего

тия мозга плода. Полученные данные открыва"

действия ОС является индуцируемый им вслед"

ют перспективу клинического изучения указан"

ствие повышенной генерации АФК апоптоз, вы"

ных параметров в плаценте в качестве маркеров

зывающий гибель клеток как в плаценте, так и

неблагоприятных изменений формирования

мозге плода. Полученные нами ранее результаты

нервной системы новорожденных при ГГЦ, от"

о развитии ОС в мозге новорожденных при

носящейся к числу распространенных осложне"

ПГГЦ [25], а также данные, полученные в насто"

ний беременности.

ящем исследовании, о повышении активности

ключевой цистеиновой протеазы апоптотическо"

го каскада каспазы"3 в мозге плодов согласуются

Финансирование. Работа выполнена при фи"

с имеющимися на сегодняшний день представле"

нансовой поддержке гранта РФФИ (18"015"

ниями об основных механизмах повреждающего

00099) и Госзадания (АААА"А19"119021290116"1).

действия ГЦ, в частности, развитии апоптоза при

Конфликт интересов. Авторы заявляют об от"

интенсификации ОС. Согласно литературным

сутствии конфликта интересов.

данным, активация апоптоза при ГГЦ в различ"

Соблюдение этических норм. Все процедуры,

ных типах клеток может осуществляться как

выполненные в исследованиях с участием жи"

«внешним путем» через взаимодействие внекле"

вотных, соответствовали этическим стандартам

точных сигналов с рецепторами клеточной пове"

учреждения, в котором были проводены иссле"

рхности, так и «внутренним», связанным с дест"

дования, и утвержденным правовым актам РФ и

рукцией митохондрий под воздействием ОС, что

международных организаций.

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

НЕЙРОТРОФИНЫ МОЗГА ПЛОДА И ПЛАЦЕНТЫ

257

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Onore, C., Careaga, M., and Ashwood, P. (2012) The role

the formation of memory and the contents of biogenic

of immune dysfunction in the pathophysiology of autism,

amines in the rat hippocampus, Neurochem. J., 11, 296"

Brain Behav. Immun.,

26,

383-392, doi:

10.1016/

301, doi: 10.1134/s1819712417040080.

j.bbi.2011.08.007.

16.

Koz, S.T., Gouwy, N.T., Demir, N., Nedzvetsky, V.S.,

Patterson, P.H. (2009) Immune involvement in schizo"

Etem, E., and Baydas, G. (2010) Effects of maternal

phrenia and autism: etiology, pathology and animal mod"

hyperhomocysteinemia induced by methionine intake on

els, Behav. Brain Res., 204, 313-321, doi: 10.1016/

oxidative stress and apoptosis in pup rat brain, Int. J. Dev.

j.bbr.2008.12.016.

Neurosci., 28, 325-329, doi: 10.1016/j.ijdevneu.2010.

Wahlbeck, K., Forsen, T., Osmond, C., Barker, D.J., and

02.006.

Eriksson, J.G. (2001) Association of schizophrenia with

17.

Baydas, G., Koz, S.T., Tuzcu, M., and Nedzvetsky, V.S.

low maternal body mass index, small size at birth, and thin"

(2008) Melatonin prevents gestational hyperhomocys"

ness during childhood, Arch. Gen. Psychiatry, 58, 48-52,

teinemia"associated alterations in neurobehavioral devel"

doi: 10.1001/archpsyc.58.1.48.

opments in rats, J. Pineal Res., 44, 181-188, doi: 10.1111/

Dhobale, M.V., Pisal, H.R., Mehendale, S.S., and Joshi, S.R.

j.1600"079X.2007.00506.x.

(2013) Differential expression of human placental neu"

18.

Baydas, G., Koz, S.T., Tuzcu, M., Nedzvetsky, V.S., and

rotrophic factors in preterm and term deliveries, Int. J. Dev.

Etem, E. (2007) Effects of maternal hyperhomocysteine"

Neurosci., 31, 719-723, doi: 10.1016/j.ijdevneu.2013.

mia induced by high methionine diet on the learning and

09.006.

memory performance in offspring, Int. J. Dev. Neurosci.,

Garces, M.F., Sanchez, E., Torres"Sierra, A.L., Ruiz"

25, 133-139, doi: 10.1016/j.ijdevneu.2007.03.001.

Parra, A.I., Angel"Muller, E., Alzate, J.P., Sanchez, A.Y.,

19.

Makhro, A.V., Mashkina, A.P., Solenaya, O.A., Trunova, O.A.,

Gomez, M.A., Romero, X.C., Castaneda, Z.E., Sanchez"

Kozina, L.S., Arutyunian, A.V., and Bulygina, E.R. (2008)

Rebordelo, E., Dieguez, C., Nogueiras, R., and Caminos, J.E.

Prenatal hyperhomocysteinemia as a model of oxidative

(2014) Brain"derived neurotrophic factor is expressed in rat

stress of the brain, Bull. Exp. Biol. Med., 146, 33-35,

and human placenta and its serum levels are similarly reg"

doi: 10.1007/s10517"008"0233"0.

ulated throughout pregnancy in both species, Clin.

20.

Gerasimova, E., Yakovleva, O., Burkhanova, G.,

Endocrinol. (Oxf.), 81, 141-151, doi: 10.1111/cen.12391.

Khaertdinov, N., Sitdikova, G., and Ziyatdinova, G.

Tapia"Arancibia, L., Rage, F., Givalois, L., and Arancibia, S.

(2017) Effects of maternal hyperhomocysteinemia on the

(2004) Physiology of BDNF: focus on hypothalamic func"

early physical development and neurobehavioral matura"

tion, Front. Neuroendocrinol., 25, 77-107, doi: 10.1016/

tion of rat offspring, BioNanoScience, 7, 155-158,

j.yfrne.2004.04.001.

doi: 10.1007/s12668"016"0326"6.

Tometten, M., Blois, S., and Arck, P.C. (2005) Nerve

21.

Махро А.В., Машкина А.П., Соленая О.А., Трунова О.А.,

growth factor in reproductive biology: link between the

Тюлина О.В., Булыгина Е.Р., Болдырев А.А. (2008)

immune, endocrine and nervous system? Chem. Immunol.

Карнозин защищает от окислительного стресса, выз"

Allergy, 89, 135-148, doi: 10.1159/000087962.

ванного гипергомоцистеинемией, Нейрохимия, 2,

Dammann, O., Bueter, W., Leviton, A., Gressens, P., and

202-208.

Dammann, C.E. (2008) Neuregulin"1: a potential endoge"

22.

Tsitsiou, E., Sibley, C.P., D’Souza, S.W., Catanescu, O.,

nous protector in perinatal brain white matter damage,

Jacobsen, D.W., and Glazier, J.D. (2011) Homocysteine is

Neonatology, 93, 182-187, doi: 10.1159/000111119.

transported by the microvillous plasma membrane of

Esper, R.M., Pankonin, M.S., and Loeb, J.A. (2006)

human placenta, J. Inherit. Metab. Dis., 34, 57-65,

Neuregulins: versatile growth and differentiation factors in

doi: 10.1007/s10545"010"9141"3.

nervous system development and human disease, Brain

23.

Арутюнян А.В., Козина Л.С., Арутюнов В.А. (2010)

Res. Rev.,

51,

161-175, doi:

10.1016/j.brainresrev.

Токсическое влияние пренатальной гипергомоцистеи"

2005.11.006.

немии на потомство (экспериментальное исследова"

10.

Арутюнян А.В., Милютина Ю.П., Залозняя И.В., Пус"

ние), Журнал акушерства и женских болезней, 59,

тыгина А.В., Козина Л.С., Кореневский А.В. (2012)

16-23.

Использование различных экспериментальных моде"

24.

Арутюнян А.В., Пустыгина А.В., Милютина Ю.П., За"

лей гипергомоцистеинемии в нейрохимических ис"

лозняя И.В., Козина Л.С. (2015) Молекулярные мар"

следованиях, Нейрохимия, 29, 83-88.

керы окислительного стресса у потомства при экспе"

11.

Зильфян В.Н., Кумкумаджян В.А. (1970) Новый метод

риментальной гипергомоцистеинемии, Мол. медици

взятия крови у мелких лабораторных животных, Журн.

на, 5, 41-46.

экспер. и клин. медицины, 10, 12-14.

25.

Пустыгина А.В., Милютина Ю.П., Залозняя И.В.,

12.

Bradford, M.M. (1976) A rapid and sensitive method for

Арутюнян А.В. (2015) Показатели окислительного

the quantitation of microgram quantities of protein utiliz"

стресса в мозге новорожденных крысят, перенесших

ing the principle of protein"dye binding, Anal. Biochem.,

пренатальную гипергомоцистеинемию, Нейрохимия,

72, 248-254, doi: 10.1006/abio.1976.9999.

32, 71-77.

13.

Bass, J.J., Wilkinson, D.J., Rankin, D., Phillips, B.E.,

26.

Gitto, E., Pellegrino, S., Gitto, P., Barberi, I., and Reiter, R.J.

Szewczyk, N.J., Smith, K., and Atherton, P.J. (2017) An

(2009) Oxidative stress of the newborn in the pre" and post"

overview of technical considerations for Western blotting

natal period and the clinical utility of melatonin, J. Pineal

applications to physiological research, Scand. J. Med. Sci.

Res., 46, 128-139, doi: 10.1111/j.1600"079X.2008.00649.x.

Sports, 27, 4-25, doi: 10.1111/sms.12702.

27.

Da Cunha, A.A., Ferreira, A.G., Loureiro, S.O., da

14.

Arutjunyan, A., Kozina, L., Stvolinskiy, S., Bulygina, Y.,

Cunha, M.J., Schmitz, F., Netto, C.A., and Wyse, A.T.

Mashkina, A., and Khavinson, V. (2012) Pinealon protects

(2012) Chronic hyperhomocysteinemia increases inflam"

the rat offspring from prenatal hyperhomocysteinemia, Int.

matory markers in hippocampus and serum of rats,

J. Clin. Exp. Med., 5, 179-185.

Neurochem Res., 37, 1660-1669, doi: 10.1007/s11064"

15.

Shcherbitskaya, A.D., Milyutina, Y.P., Zaloznyaya, I.V.,

012"0769"2.

Arutjunyan, A.V., Nalivaeva, N.N., and Zhuravin, I.A.

28.

Da Cunha, A.A., Ferreira, A.G., and Wyse, A.T. (2010)

(2017) The effects of prenatal hyperhomocysteinemia on

Increased inflammatory markers in brain and blood of rats

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

258

АРУТЮНЯН и др.

subjected to acute homocysteine administration, Metab.

Homocysteine induces trophoblast cell death with apop"

Brain Dis., 25, 199-206, doi: 10.1007/s11011"010"9188"8.

totic features, Biol. Reprod., 69, 1129-1134, doi: 10.1095/

29.

Zanin, R.F., Bergamin, L.S., Morrone, F.B., Coutinho"

biolreprod.103.015800.

Silva, R., de Souza Wyse, A.T., and Battastini, A.M. (2015)

44.

Kamudhamas, A., Pang, L., Smith, S.D., Sadovsky, Y., and

Pathological concentrations of homocysteine increases IL"

Nelson, D.M. (2004) Homocysteine thiolactone induces

1beta production in macrophages in a P2X7, NF"kB, and

apoptosis in cultured human trophoblasts: a mechanism for

erk"dependent manner, Purinergic Signal., 11, 463-470,

homocysteine"mediated placental dysfunction? Am. J.

doi: 10.1007/s11302"015"9464"5.

Obstet. Gynecol., 191, 563-571, doi: 10.1016/j.ajog.

30.

Xu, X., Yang, X.Y., He, B.W., Yang, W.J., and Cheng, W.W.

2004.01.037.

(2016) Placental NRP1 and VEGF expression in pre"

45.

Fujita, K., Tatsumi, K., Kondoh, E., Chigusa, Y., Mogami, H.,

eclamptic women and in a homocysteine"treated mouse

Fujii, T., Yura, S., Kakui, K., and Konishi, I. (2011) Differ"

model of pre"eclampsia, Eur. J. Obstet. Gynecol. Reprod.

ential expression and the anti"apoptotic effect of human

Biol., 196, 69-75, doi: 10.1016/j.ejogrb.2015.11.017.

placental neurotrophins and their receptors, Placenta, 32,

31.

Bilbo, S.D., and Schwarz, J.M. (2009) Early"life program"

737-744, doi: 10.1016/j.placenta.2011.07.001.

ming of later"life brain and behavior: a critical role for the

46.

Yang, B., Ren, Q., Zhang, J.C., Chen, Q.X., and

immune system, Front. Behav. Neurosci.,

Hashimoto, K. (2017) Altered expression of BDNF,

doi: 10.3389/neuro.08.014.2009.

BDNF pro"peptide and their precursor proBDNF in brain

32.

Jakubowski, H. (2004) Molecular basis of homocysteine

and liver tissues from psychiatric disorders: rethinking the

toxicity in humans, Cell. Mol. Life Sci., 61, 470-487,

brain"liver axis, Transl. Psychiatry,

7, e1128,

doi: 10.1007/s00018"003"3204"7.

doi: 10.1038/tp.2017.95.

33.

Smith, S.E., Li, J., Garbett, K., Mirnics, K., and

47.

Hashimoto, K. (2016) Regulation of brain"derived neu"

Patterson, P.H. (2007) Maternal immune activation alters

rotrophic factor (BDNF) and its precursor proBDNF in the

fetal brain development through interleukin"6, J.

brain by serotonin, Eur. Arch. Psychiatry Clin. Neurosci.,

Neurosci., 27, 10695-10702, doi: 10.1523/JNEUROSCI.

266, 195-197, doi: 10.1007/s00406"016"0682"9.

2178"07.2007.

48.

Zeltser, L.M., and Leibel, R.L. (2011) Roles of the placen"

34.

Jander, S., Schroeter, M., and Stoll, G. (2000) Role of

ta in fetal brain development, Proc. Natl. Acad. Sci. USA,

NMDA receptor signaling in the regulation of inflammato"

108, 15667-15668, doi: 10.1073/pnas.1112239108.

ry gene expression after focal brain ischemia, J.

49.

Saenen, N.D., Plusquin, M., Bijnens, E., Janssen, B.G.,

Neuroimmunol.,

109,

181-187, doi:

10.1016/s0165"

Gyselaers, W., Cox, B., Fierens, F., Molenberghs, G.,

5728(00)00317"9.

Penders, J., Vrijens, K., De Boever, P., and Nawrot, T.S.

35.

Онуфриев М.В., Фрейман С.В., Моисеева Ю.В., Сте"

(2015) In utero fine particle air pollution and placental

паничев М.Ю., Лазарева Н.А., Гуляева Н.В. (2017) Ак"

expression of genes in the brain"derived neurotrophic factor

кумуляция кортикостерона и интерлейкина"1 в гип"

signaling pathway: an environage birth cohort study, Environ.

покампе после фокального ишемического поврежде"

Health Perspect., 123, 834-840, doi: 10.1289/ehp.1408549.

ния неокортекса: селективная чувствительность вент"

50.

Dincheva, I., Lynch, N.B., and Lee, F.S. (2016) The role

рального гиппокампа, Нейрохимия,

235-241,

of BDNF in the development of fear learning, Depress.

doi: 10.7868/s1027813317030086.

Anxiety, 33, 907-916, doi: 10.1002/da.22497.

36.

Bolton, J.L., and Bilbo, S.D. (2014) Developmental program"

51.

Gerenu, G., Martisova, E., Ferrero, H., Carracedo, M.,

ming of brain and behavior by perinatal diet: focus on inflam"

Rantamaki, T., Ramirez, M.J., and Gil"Bea, F.J. (2017)

matory mechanisms, Dialogues Clin. Neurosci., 16, 307-320.

Modulation of BDNF cleavage by plasminogen"activator

37.

Gilmore, J.H., Jarskog, L.F., and Vadlamudi, S. (2003)

inhibitor"1 contributes to Alzheimer’s neuropathology and

Maternal infection regulates BDNF and NGF expression

cognitive deficits, Biochim. Biophys. Acta Mol. Basis Dis.,

in fetal and neonatal brain and maternal"fetal unit of the

1863, 991-1001, doi: 10.1016/j.bbadis.2017.01.023.

rat, J. Neuroimmunol., 138, 49-55, doi: 10.1016/S0165"

52.

Sasi, M., Vignoli, B., Canossa, M., and Blum, R. (2017)

5728(03)00095"X.

Neurobiology of local and intercellular BDNF signaling,

38.

Gilmore, J.H., Jarskog, L.F., and Vadlamudi, S. (2005)

Pflugers Arch., 469, 593-610, doi: 10.1007/s00424"017"

Maternal poly I:C exposure during pregnancy regulates

1964"4.

TNF alpha, BDNF, and NGF expression in neonatal brain

53.

Menshanov, P.N., Lanshakov, D.A., and Dygalo, N.N.

and the maternal"fetal unit of the rat, J. Neuroimmunol.,

(2015) proBDNF is a major product of bdnf gene expressed

159, 106-112, doi: 10.1016/j.jneuroim.2004.10.008.

in the perinatal rat cortex, Physiol. Res., 64, 925-934.

39.

Hsiao, E.Y., and Patterson, P.H. (2012) Placental regula"

54.

Patz, S., and Wahle, P. (2004) Neurotrophins induce short"

tion of maternal"fetal interactions and brain development,

term and long"term changes of cortical neurotrophin

Dev. Neurobiol., 72, 1317-1326, doi: 10.1002/dneu.22045.

expression, Eur. J. Neurosci.,

20,

701-708,

40.

Vega, J.A., Garcia"Suarez, O., Hannestad, J., Perez"Perez, M.,

doi: 10.1111/j.1460"9568.2004.03519.x.

and Germana, A. (2003) Neurotrophins and the immune

55.

Foltran, R.B., and Diaz, S.L. (2016) BDNF isoforms: a

system, J. Anat.,

203,

1-19, doi:

10.1046/j.1469"

round trip ticket between neurogenesis and serotonin? J.

7580.2003.00203.x.

Neurochem., 138, 204-221, doi: 10.1111/jnc.13658.

41.

Zhang, Y., Hodgson, N., Trivedi, M., and Deth, R. (2016)

56.

Kowianski, P., Lietzau, G., Czuba, E., Waskow, M.,

Neuregulin 1 promotes glutathione"dependent neuronal

Steliga, A., and Morys, J. (2018) BDNF: a key factor with

cobalamin metabolism by stimulating cysteine uptake,

multipotent impact on brain signaling and synaptic plastic"

Oxid. Med. Cell. Longev., 2016, 3849087, doi: 10.1155/

ity, Cell. Mol. Neurobiol., 38, 579-593, doi: 10.1007/

2016/3849087.

s10571"017"0510"4.

42.

Fock, V., Plessl, K., Draxler, P., Otti, G.R., Fiala, C.,

57.

Mizui, T., Ishikawa, Y., Kumanogoh, H., and Kojima, M.

Knofler, M., and Pollheimer, J. (2015) Neuregulin"1"

(2016) Neurobiological actions by three distinct subtypes

mediated ErbB2"ErbB3 signalling protects human tro"

of brain"derived neurotrophic factor: multi"ligand model

phoblasts against apoptosis to preserve differentiation,

of growth factor signaling, Pharmacol. Res., 105, 93-98,

J. Cell Sci., 128, 4306-4316, doi: 10.1242/jcs.176933.

doi: 10.1016/j.phrs.2015.12.019.

43.

Di Simone, N., Maggiano, N., Caliandro, D., Riccardi, P.,

58.

Garcia, K.L., Yu, G., Nicolini, C., Michalski, B., Garzon,

Evangelista, A., Carducci, B., and Caruso, A.

(2003)

D.J., Chiu, V.S., Tongiorgi, E., Szatmari, P., and

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

НЕЙРОТРОФИНЫ МОЗГА ПЛОДА И ПЛАЦЕНТЫ

259

Fahnestock, M. (2012) Altered balance of proteolytic iso"

and GDNF in aging and Alzheimer’s disease, Aging Dis., 6,

forms of pro"brain"derived neurotrophic factor in autism,

331-341, doi: 10.14336/AD.2015.0825.

J. Neuropathol. Exp. Neurol., 71, 289-297, doi: 10.1097/

64. Lebrun"Julien, F., Bertrand, M.J., De Backer, O.,

NEN.0b013e31824b27e4.

Stellwagen, D., Morales, C.R., Di Polo, A., and Barker, P.A.

59.

Mizui, T., Hattori, K., Ishiwata, S., Hidese, S., Yoshida, S.,

(2010) ProNGF induces TNFalpha"dependent death of

Kunugi, H., and Kojima, M. (2019) Cerebrospinal fluid

retinal ganglion cells through a p75NTR non"cell"

BDNF pro"peptide levels in major depressive disorder and

autonomous signaling pathway, Proc. Natl. Acad. Sci. USA,

schizophrenia, J. Psychiatr. Res.,

113,

190-198,

107, 3817-3822, doi: 10.1073/pnas.0909276107.

doi: 10.1016/j.jpsychires.2019.03.024.

65. Fahnestock, M., Michalski, B., Xu, B., and Coughlin, M.D.

60.

Sahay, A.S., Jadhav, A.T., Sundrani, D.P., Wagh, G.N., and

(2001) The precursor pro"nerve growth factor is the pre"

Joshi, S.R. (2019) Differential expression of nerve growth

dominant form of nerve growth factor in brain and is

factor (NGF) and brain derived neurotrophic factor

increased in Alzheimer’s disease, Mol. Cell. Neurosci., 18,

(BDNF) in different regions of normal and preeclampsia

210-220, doi: 10.1006/mcne.2001.1016.

placentae, Clin. Exp. Hypertens., 1-5, doi: 10.1080/

66. Sahay, A.S., Sundrani, D.P., Wagh, G.N., Mehendale, S.S.,

10641963.2019.1665677.

and Joshi, S.R. (2015) Neurotrophin levels in different

61.

Xiong, J., Zhou, L., Yang, M., Lim, Y., Zhu, Y.H.,

regions of the placenta and their association with birth out"

Fu, D.L., Li, Z.W., Zhong, J.H., Xiao, Z.C., and Zhou, X.F.

come and blood pressure, Placenta,

36,

938-943,

(2013) ProBDNF and its receptors are upregulated in

doi: 10.1016/j.placenta.2015.06.006.

glioma and inhibit the growth of glioma cells in vitro,

67. Kim, K.C., Friso, S., and Choi, S.W. (2009) DNA methy"

Neuro. Oncol., 15, 990-1007, doi: 10.1093/neuonc/

lation, an epigenetic mechanism connecting folate to

not039.

healthy embryonic development and aging, J. Nutr.

62.

Barcelona, P.F., and Saragovi, H.U. (2015) A pro"nerve

Biochem., 20, 917-926, doi: 10.1016/j.jnutbio.2009.06.

growth factor (proNGF) and NGF binding protein,

008.

alpha2"macroglobulin, differentially regulates p75 and

68. Kulkarni, A., Dangat, K., Kale, A., Sable, P., Chavan"

TrkA receptors and is relevant to neurodegeneration ex vivo

Gautam, P., and Joshi, S. (2011) Effects of altered mater"

and in vivo, Mol. Cell. Biol., 35, 3396-3408, doi: 10.1128/

nal folic acid, vitamin B12 and docosahexaenoic acid on

MCB.00544"15.

placental global DNA methylation patterns in Wistar rats,

63.

Budni, J., Bellettini"Santos, T., Mina, F., Garcez, M.L.,

PLoS One,

6, e17706, doi:

10.1371/journal.pone.

and Zugno, A.I. (2015) The involvement of BDNF, NGF

0017706.

NEUROTROPHINS OF THE FETAL BRAIN AND PLACENTA IN PRENATAL

HYPERHOMOCYSTEINEMIA*

A. V. Arutjunyan¹**, Yu. P. Milyutina¹, A. D. Shcherbitskaia²,

G. O. Kerkeshko¹, I. V. Zalozniaia¹, and A. V. Mikhel¹

¹ Ott Institute of Obstetrics, Gynecology, and Reproductology,

199034 St. Petersburg, Russia; E mail: alexarutiunjan@gmal.com

² Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry,

Russian Academy of Sciences, 194223 St. Petersburg, Russia

Received September 25, 2019

Revised October 28, 2019

Accepted November 11, 2019

Prenatal hyperhomocysteinemia (PHHC) in pregnant rats was induced by chronic L"methionine loading, resulting

in a significant increase in the L"homocysteine content both in the mothers’ blood and blood and brain of fetuses.

Significant decrease in the weight of the placenta, fetus and fetal brain was detected by the morphometric studies on

day 20 of pregnancy. PHHC also activated maternal immune system due to the increase in the content of proinflam"

matory interleukin"1β in the rat blood and fetal part of the placenta. PHHC elevated the levels of the brain"derived

neurotrophic factor (BDNF, 29 kDa) and nerve growth factor (NGF, 31 kDa) precursors in the placenta and the con"

tent of the BDNF isoform (29 kDa) in the fetal brain. The content of neuregulin 1 (NRG1) decreased in the placen"

ta and increased in the fetal brain on day 20 of embryonic development. An increase in the caspase"3 activity was

detected in the brains of fetuses subjected to PHHC. It was suggested that changes in the processing of neurotrophins

induced by PHHC, oxidative stress, and inflammatory process initiated by it, as well as apoptosis, play an important

role in the development of brain disorders in the offspring.

Keywords: prenatal hyperhomocysteinemia, neurotrophic factors, proinflammatory cytokines, placenta, fetus brain

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020