1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова
  4. T. 109, № 5, 2023

Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2023, T. 109, № 5, стр. 629-642

Восстановление функциональной активности КАТФ-каналов пиальных артерий после ишемии/реперфузии с помощью клеточной терапии

И. Б. Соколова 1, *, О. П. Горшкова 1

1 Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: SokolovaIB@infran.ru

Поступила в редакцию 22.09.2022
После доработки 28.03.2023
Принята к публикации 28.03.2023

Аннотация

Цель работы – выяснить эффективность внутривенной трансплантации мезенхимных стволовых клеток человека (МСКч), проведенной на 7-е сут после ишемии/реперфузии (И/Р) головного мозга, для восстановления функциональной активности КАТФ-каналов церебральных артерий. С помощью установки для прижизненной визуализации пиальных сосудов исследовали реакцию артерий на воздействие блокатора КАТФ-каналов глибенкламида (GB), активатора этих же каналов пинацидила (PI), ацетилхолина (ACh), и AСh на фоне действия GB (ACh/GB) через 14 и 21 сут после И/Р головного мозга (12-минутная окклюзия обеих сонных артерий с управляемой гипотензией) и внутривенной трансплантации МСКч, проведенной на 7-е сут после ишемического воздействия. Установлено, что на 14-е сут после И/Р число сузившихся артерий на GB уменьшилось в 1.5–1.8 раза по сравнению с ложнооперированными крысами. К 21-м сут после И/Р констрикторная реакция полностью восстановилась кроме артерий диаметром более 40 мкм. В группе клеточной терапии констрикторная реакция на GB была полностью восстановлена до уровня ложнооперированных крыс у артерий диаметром менее 40 мкм уже к 14-м сут после И/Р; у более крупных сосудов не восстановилась до 21-х сут. Число дилатаций на ACh/GB по сравнению с чистым AСh у ложнооперированных крыс понижено в 1.6–1.8 раза на 14-е сут и в 1.6–6.6 раза на 21-е сут. У И/Р животных на 14-е сут число дилатаций на ACh/GB по сравнению с чистым AСh статистически значимо повышено у артерий диаметром более 20 мкм в 1.5–1.7 раза, а через 21 сут у артерий диаметром более 40 мкм в 1.2 раза. После введения МСКч GB блокировал AСh-опосредованную дилатацию у артерий диаметром менее 40 мкм и на 14-е, и на 21-е сут после И/Р. У сосудов диаметром более 40 мкм функциональная активность КАТФ-каналов не восстановилась до 21 сут. Делается заключение, что И/Р коры головного мозга крыс снижает вклад КАТФ-каналов в поддержание базального тонуса пиальных артерий и практически полностью выключает данные каналы из формирования AСh-опосредованной дилатации на протяжении 21 сут постишемического периода. Внутривенная трансплантация МСКч, проведенная на 7-е сут после И/Р, приводит к восстановлению участия КАТФ-каналов гладкомышечных клеток в поддержании базального тонуса и осуществлении AСh-опосредованной дилатации пиальных артерий диаметром менее 40 мкм уже через 14 сут после перенесенной И/Р.

Ключевые слова: ишемия/реперфузия, головной мозг, пиальные артерии, внутривенная трансплантация, мезенхимные стволовые клетки, КАТФ-каналы

Список литературы

  1. Gong S, Ma H, Zheng F, Huang J, Zhang Y, Yu B, Li F, Kou J (2021) Inhibiting YAP in endothelial cells from entering the nucleus attenuates blood-brain barrier damage during ischemia-reperfusion injury. Front Pharmacol 26(12): 777680. https://doi.org/10.3389/fphar.2021.777680

  2. Chen Y-J, Chen C, Li M-Y, Li Q-Q, Zhang X-J, Huang R, Zhu X-W, Bai C-Y, Liu-Yi Zhang, Peng P-H, Yang W-M (2021) Scutellarin reduces cerebral ischemia reperfusion injury involving in vascular endothelium protection and PKG signal. Nat Prod Bioprospect 11(6): 659–670. https://doi.org/10.1007/s13659-021-00322-z

  3. Ferdous A, Janta RA, Arpa RN, Afroze M, Khan M, Moniruzzaman M (2020) The leaves of Bougainvillea spectabilis suppressed inflammation and nociception in vivo through the modulation of glutamatergic, cGMP, and ATP-sensitive K+ channel pathways. J Ethnopharmacol 28(261): 113148. https://doi.org/10.1016/j.jep.2020.113148

  4. Tykocki NR, Boerman EM, Jackson WF (2017) Smooth muscle ion channels and regulation of vascular tone in resistance. Arteries and Arterioles. Compr Physiol 7(2): 485–581. https://doi.org/10.1002/cphy.c160011

  5. Syed AU, Koide M, Brayden JE, Wellman GC (2019) Tonic regulation of middle meningeal artery diameter by ATP-sensitive potassium channels. J Cereb Blood Flow Metab 39(4): 670–679. https://doi.org/10.1177/0271678X17749392

  6. Ning K, Jiang L, Hu T, Wang X, Liu A, Bao Y (2020) ATP-sensitive potassium channels mediate the cardioprotective effect of Panax notoginseng Saponins against myocardial ischaemia-reperfusion injury and inflammatory reaction. Biomed Res Int 2020: 3039184. https://doi.org/10.1155/2020/3039184

  7. Maqoud F, Scala R, Hoxha M, Zappacosta B, Tricarico D (2022) ATP-sensitive potassium channel subunits in neuroinflammation: novel drug targets in neurodegenerative disorders. CNS Neurol Disord Drug Targets 21(2): 130–149. https://doi.org/10.2174/1871527320666210119095626

  8. Shi Y, Wang Y, Li Q, Liu K, Hou J, Shao C, Ying Wang Y (2018) Immunoregulatory mechanisms of mesenchymal stem and stromal cells in inflammatory diseases. Nat Rev Nephrol 14(8): 493–507. https://doi.org/10.1038/s41581-018-0023-5

  9. Lin Q-M, Tang X-H, Lin S-R, Chen B-D, Feng Chen F (2020) Bone marrow-derived mesenchymal stem cell transplantation attenuates overexpression of inflammatory mediators in rat brain after cardiopulmonary resuscitation. Neural Regen Res 15(2): 324–331. https://doi.org/10.4103/1673-5374.265563

  10. Liu Y, Zhao Y, Min Y, Guo K, Chen Y, Huang Z, Long C (2022) Effects and mechanisms of bone marrow mesenchymal stem cell transplantation for treatment of ischemic stroke in hypertensive rats. Int J Stem Cells 15(2): 217–226. https://doi.org/10.15283/ijsc21136

  11. Xiao X, Xu M, Yu H, Wang L, Li X, Rak J, Wang S, Zhao RC (2021) Mesenchymal stem cell-derived small extracellular vesicles mitigate oxidative stress-induced senescence in endothelial cells via regulation of miR-146a/Src. Signal Transduct Target Ther 6(1): 54. https://doi.org/10.1038/s41392-021-00765-3

  12. Sheikh A, Yano S, Mitaki S, Haque MDA, Yamaguchi S, Nagai A (2019) A mesenchymal stem cells line (B10) increases angiogenesise in rat MCAO model. Exp Neurol 311: 182. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2018.10.001

  13. Dong H-J, Peng D, Luo Y, Liu R, Yin H-J, Lei Wang L, Hong Sha H, Meng H-P, Ping W, Shang C (2022) The hope for Pandora’s Box: mesenchymal stem cells for promoting angiogenesis in stroke and traumatic brain injury. Signal Transduct Target Ther 6(1): 354. https://doi.org/10.1038/s41392-021-00765-3

  14. Egger D, Lavrentieva A, Kugelmeier P, Cornelia Kasper C (2021) Physiologic isolation and expansion of human mesenchymal stem/stromal cells for manufacturing of cell-based therapy products. Eng Life Sci 22(3–4): 361–372. https://doi.org/10.1002/elsc.202100097

  15. Kangussu LM, Almeida-Santos AF, Fernandes L, Alenina N, Bader M, Santos R, Massensini A, Campagnole-Santos J (2023) Transgenic rat with overproduction of ubiquitous angiotensin-(1–7) presents neuroprotection in a model of ischemia and reperfusion. Brain Res Bull 192: 184–191. https://doi.org/10.1016/j.brainresbull.2022.11.017

  16. Lee SH, Choung JS, Kim JM, Kim H, Kim MY (2023) Distribution of embryonic stem cell-derived mesenchymal stem cells after intravenous infusion in hypoxic-ischemic encephalopathy. Life (Basel) 13(1): 227. https://doi.org/10.3390/life13010227

  17. Lensman M, Korzhevskii DE, Mourovets VO, Kostkin VB, Izvarina N, Perasso L, Gandolfo C, Otellin VA, Polenov SA, Balestrino M (2006). Intracerebroventricular administration of creatine protects against damage by global cerebral ischemia in rat. Brain Res 1114(1): 187–194. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2006.06.103

  18. Mushahary D, Spittler A, Kasper C, Weber V, Charwat V (2018) Isolation, cultivation, and characterization of human mesenchymal stem cells expand. Cytometry A 93(1): 19–31. https://doi.org/10.1002/cyto.a.23242

  19. Soltani N, Mohammadi E, Allahtavakoli M, Shamsizadeh A, Roohbakhsh A, Haghparast A (2016) Effects of dimethyl sulfoxid on neuronal response characteristics in deep layers of rat barrel cortex. Basic Clin Neurosci 7(3): 213–220. https://doi.org/10.15412/J.BCN.03070306

  20. Sancho M, Fletcher J, Welsh DG (2022) Inward rectifier potassium channels: membrane lipid-dependent mechanosensitive gates in brain vascular cells. Front Cardiovasc Med 9: 869481. https://doi.org/10.3389/fcvm.2022.869481

  21. Zeidner G, Sadja R, Reuveny E (2001) Redox-dependent gating of G protein-coupled inwardly rectifying K+ channels. J Biol Chem 276(38): 35564–35570. https://doi.org/10.1074/jbc.M105189200

  22. Syed AU, Koide M, Brayden JE, Wellman G (2019) Tonic regulation of middle meningeal artery diameter by ATP-sensitive potassium channels. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism 39(4): 670–679. https://doi.org/10.1177/0271678X17749392

  23. Jackson WF (2021) Myogenic tone in peripheral resistance arteries and arterioles: The Pressure Is On! Front Physiol 12: 699517. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.699517

  24. Jha RM, Rani A, Desai SM, Raikwar S, Mihaljevic S, Munoz-Casabella A, Kochanek PM, Catapano J, Winkler E, Citerio G, Hemphill JC, Kimberly WT, Narayan R, Sahuquillo J, Sheth KN, Simard JM (2021) Sulfonylurea receptor 1 in central nervous system injury: an updated review. Int J Mol Sci 22(21): 11899. https://doi.org/10.3390/ijms222111899

  25. Sancho M, Fletcher J, Welsh DG (2022) Inward rectifier potassium channels: membrane lipid-dependent mechanosensitive gates in brain vascular cells. Front Cardiovasc Med 9: 869481. https://doi.org/10.3389/fcvm.2022.869481

  26. Kang P, Ying C, Chen Y, Ford AL, An H, Lee J-M (2022) Oxygen metabolic stress and white matter injury in patients with cerebral small vessel disease. Stroke 53(5): 1570–1579. https://doi.org/10.1161/STROKEAHA.121.035674

  27. Liu K, Guo L, Zhou Z, Pan M, Yan C (2019) Mesenchymal stem cells transfer mitochondria into cerebral microvasculature and promote recovery from ischemic stroke. Microvasc Res 123: 74–80. https://doi.org/10.1016/j.mvr.2019.01.001

  28. Busija DW, Katakam PV (2014) Mitochondrial mechanisms in cerebral vascular control: shared signaling pathways with preconditioning. J Vasc Res 51(3): 175–189. https://doi.org/10.1159/000360765

  29. Xu W, Xu R, Li Z, Wang Y, Hu R (2019) Hypoxia changes chemotaxis behaviour of mesenchymal stem cells via HIF-1α signaling. J Cell Mol Med 23(3): 1899–1907. https://doi.org/10.1111/jcmm.14091

  30. Han Y, Yang J, Fang J, Zhou Y, Candi E, Wang J, Hua D, Shao C, Yufang Shi Y (2022) The secretion profile of mesenchymal stem cells and potential applications in treating human diseases. Signal Transduct Target Ther 7(1): 92. https://doi.org/10.1038/s41392-022-00932-0

  31. Guo Y, Peng Y, Zeng H, Gao Chen G (2021) Progress in mesenchymal stem cell therapy for ischemic stroke. Stem Cells Int 2021: 9923566. https://doi.org/. eCollection 2021https://doi.org/10.1155/2021/9923566

  32. Gao Y, Chen H, Cang X, Chen H, Di Y, Qi J, Cai H, Luo K, Jin S (2022) Transplanted hair follicle mesenchymal stem cells alleviated small intestinal ischemia-reperfusion injury via intrinsic and paracrine mechanisms in a rat model. Front Cell Dev Biol 10: 1016597. https://doi.org/10.3389/fcell.2022.1016597

  33. Korkmaz-Icöz S, Zhou P, Guo Y, Loganathan S, Brlecic P, Radovits T, Sayour AA, Ruppert M, Veres G, Karck M, Szabó G (2021) Mesenchymal stem cell-derived conditioned medium protects vascular grafts of brain-dead rats against in vitro ischemia/reperfusion injury. Stem Cell Res Ther 12(1): 144. https://doi.org/10.1186/s13287-021-02166-3

  34. Liu Y, Chen J, Liang H, Cai Y, Li X, Yan L, Zhou L, Shan L, Wang H (2022) Human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells not only ameliorate blood glucose but also protect vascular endothelium from diabetic damage through a paracrine mechanism mediated by MAPK/ERK signaling. Stem Cell Res Ther 13(1): 258. https://doi.org/10.1186/s13287-022-02927-8

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал