Эффекты высоких концентраций D-глюкозы на активность АМПА и НМДА рецепторов при моделировании гипергликемии на срезах мозга

На переживающих срезах мозга обонятельной коры мозга крыс исследовали влияния различных концентраций D-глюкозы (0,5; 1; 3; 5; 7; 10; 12; 14; 17; 20; 22; 25 мМ) на изменения активностей АМПА и НМДА ионотропных глутаматергических механизмов. Зависимость амплитуд АМПА и НМДА потенциалов от концентрации D-глюкозы была куполообразной. Малые концентрации (0,5; 1; 3; 5 мМ) вызывали прогрессивное увеличение амплитуд АМПА и НМДА потенциалов. При концентрации глюкозы во внеклеточной среде 7, 10 мМ амплитуды АМПА и НМДА потенциалов были максимальными и стабильными. При концентрации D-глюкозы 14 мМ активности АМПА и НМДА механизмов снижались и при дальнейшем увеличении углевода необратимо блокировались. Долго временная посттетаническая потенциация (модель неассоциативного обучения) развивалась только при концентрации D-глюкозы 10 мМ. Белок теплового шока (Мв 70 кДа) протектировал активности АМПА и НМДА механизмов от негативного действия высокой гипергликемической концентрации D-глюкозы 14 мМ. Полученные данные показывают реакции АМПА и НМДА механизмов при раз витии гипергликемии. Данную модель можно использовать для поиска веществ при защите нейрональных механизмов в нервной ткани при развитии гипергликемического сахарного диабета.

1. Митюшов М.И., Емельянов Н.А., Мокрушин А.А., Войнер И.А., Багаева Т.Р. Переживающий срез мозга как объект нейрофизиологического и нейрохимического исследования. Л.: Наука, 1986:127.

2. Мокрушин А.А. Пептид-зависимые механизмы нейрональной пластичности в обонятельной коре: дис. … д-ра биол. наук. СПб.: Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, 1997:397.

3. Мокрушин А.А., Павлинова Л.И., Гужова И.В., Маргулис Б.А. Эффекты экзогенного белка теплового шока (HSP70) на глутаматергическую синаптическую передачу в обонятельной коре мозга крыс in vitro. Доклады Академии Наук. 2004;395(4):551–553.

4. Мокрушин А.А., Боровиков С.Е. Установка для из учения гипотермических эффектов на переживающих срезах мозга теплокровных. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2017;2(2):214–217.

5. Biessels G.J., Kamal A., Ramakers G.M. Place learn ing and hippocampal synaptic plasticity in streptozoto cin-induced diabetes rats. Diabetes. 1996;45:1259–1267.

6. Brossaud J., Bosch-Bouju C., Marissal-Arvy N., Campas Lebecque M.-N., Webster S.P., Walker B.R., Moisan W.-P. Memory deficits in a juvenile rat model of type 1 di abetes are due to excess 11β-HSD1 activity, which is upregulated by high glucose concentrations rather than insulin deficiency. Diabetologia. 2023;66(9):1735–1747. DOI: 10.1007/s00125-023-05942-3.

7. Cukierman T., Gerstein H.C., Williamson J.D. Cognitive decline and dementia in diabetes–systematic overview of prospective observational studies. Diabetologia. 2005;48:2460–2469. DOI: 10.1007/s00125-005-0023-4.

8. Di Mario U., Morrano S., Valle E. Electrophysiological alteration of the central nervous system in diabetes mel litus. Diabetes Metab. Rev. 1995;11:259–277.

9. Fang F., Xu L., Zhang R., Liu L., Tang M. Neuronal Hyperactivity in the Hippocampus during the Early Stage of Streptozotocin-Induced Type 1 Diabetes in Mice. Neuroendocrinology. 2024;114(4):356–364.

10. Garcia-Magro N., Mesa-Lombardo A., Barros-Zulaica N., Nuñer Á., Artola A., Kamal A., Gispen W.H. Diabetes mellitus concomitantly facilitates the induction of long term depression and inhibits that of long-term potentia tion in hippocampus. Eur. J. Neurosci. 2005;22:169–178. DOI: 10.1111/j.1460-9568.2005.04205.x.

11. Garcia-Magro N., Mesa-Lombardo A., Barros Zulaica N. Impairment of synaptic plasticity in the pri mary somatosensory cortex in a model of diabetic mice. Front Cell Neurosci. 2024;30:18–25. DOI: 10.3389/fncel.2024.1444395.

12. Gispen W.H., Biessels G.J. Cognition and synap tic plasticity in diabetes mellitus. Trends Neurosci. 2000;23:542–549.

13. Gruettert R., Novothy E.J., Boulware S.D., Rothman D.L. Direct measurement of brain glucose concentrations in humans by 13 C NMR spectroscopy. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1992;89:1109–1112.

14. Hristov M., Nankova A., Andreeva-Gateva P. Alterations of the glutamatergic system in diabetes mellitus. Metab. Brain Dis. 2023;39(2):321–333. DOI: 10.1007/s11011023-01299-z.

15. Liu D., Zhang H., Gu W., Zhang M. Effects of exposure to high glucose on primary Cultured hippocampal neu rons: involvement of intracellular ROS accumulation. Neurological Science. 2014;35(6):831–837.

16. Mokrushin A.A. Mystixin-7 mini-peptide protects iono tropic glutamatergic mechanisms against oxygen-glucose deprivation in vitro. Neuropeptides. 2015;54:163–168.

17. Rodriguez-Perez M.D., Perez de Algaba I., Martin Aurioles E. Dihydroxyphenylglycol In Type-1-like Diabetic Rats-Influence of the Hydroxytyrosol/3',4 dihydroxyphenylglycol Ratio. Nutrients. 2022;14(6): 1146. DOI: 10.3390/nu14061146.

18. Sasaki-Hamada S., Sacai H., Oka J.-I. Diabetes onset influences hippocampal synaptic plasticity in strepto zotocin-treated rats. Neuroscience. 2012;227:293–304. DOI: 10.1016/j.neuroscience.2012.09.081.

19. Silver I.A., Ereciаska M. Extracellular Glucose Concentration in Mammalian Brain: Continuous Monitoring of Changes during Increased Neuronal Activity and upon Limitation in Oxygen Supply in Normo-, Hypo-, and Hyperglycemic Animals. The Journal of Neuroscience. 1994;14(8):5068–5076.

20. Trudeau F., Sylvain G., Guy M. Hippocampal synaptic plasticity and glutamate receptor regulation: influences of diabetes mellitus. Eur. J. Pharmacol. 2004;490(1 3):177–186. DOI: 10.1016/j.ejphar.2004.02.055.

21. Valastro B., Cossette J., Lavoie N., Gagnon S., Trudeau F. Up-regulation of glutamate receptors is associated with LTP defects in the early stages of diabetes mellitus. Dibetologia. 2002;45:642–650. DOI: 10.1007/s00125-002-0818-5.

22. Volianskis A., France G., Jensen M.S., Bortolotto Z.A., Jane D.E., Collingridge G.L. Long-term potentiation and the role of N-methyl-d-aspartate receptors. Brain Research. 2015;1621:5-16. DOI: 10.1016/J.Brainres. 2015.01.016.

23. Yin H., Wang W., Yu W., Li J. Changes in Synaptic Plasticity and Glutamate Receptors in Type 2 Diabetic KK-Ay Mice. Journal of Alzheimer's disease. 2017;57(4):1207–1220. DOI: 10.3233/JAD-160858.

24. Zanotto C., Hansen F., Galland F., Batassini C. Glutama-tergic Alterations in STZ-Induced Diabetic Rats Are Reversed by Exendin-4. Molecular Neurobiol. 2019;56(5):3538–3551. DOI: 10.1007/s12035-018-1320-5.