Ukr.Biochem.J. 2019; Том 91, № 4, липень-серпень, c. 41-49

doi: https://doi.org/10.15407/ubj91.04.041

Висока доза тіаміну відновлює рівень специфічних астроцитарних протеїнів головного мозку щурів, схильних до хронічного споживання етанолу

26.07.2019   Uncategorized   No comments

О. С. Павлова, А. О. Тихомиров, О. О. Меженська,
С. П. Степаненко, Л. І. Чехівська , Ю. М. Пархоменко

Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: aspavlova92@gmail.com

Отримано: 23 січня 2019; Затверджено: 17 травня 2019

Довгострокове вживання етанолу спричинює дефіцит незамінної в харчуванні речовини – тіаміну (вітаміну В1), що призводить до структурних та функціональних змін у центральній нервовій системі (ЦНС). У роботі досліджували вплив високої дози тіаміну на рівень гліального фібрилярного кислого протеїну (GFAP) і на активність В1-залежного ензиму тіамінпірофосфокінази (ТПК) в мозку щурів, схильних до хронічного споживання етанолу. Щурів було розділено на три групи: i) контрольна група; ii) щури, які отримували 15%-й розчин етанолу як єдине джерело пиття протягом 9 місяців (група EtOH), iii) щури, які отримували EtOH + перорально тіамін у дозі 2,0 мг/кг за один день до термінації експерименту (n = 4 в кожній групі). Рівень GFAP аналізували в мозочку, корі головного мозку і гіпокампі за допомогою вестерн-блот аналізу та імуногістохімії. Активність ТПК в головному мозку вимірювали з використанням апоензиму дріжджової апопіруватдекарбоксилази (apoPDC). Концентрацію тіаміну в печінці оцінювали тіохромним методом. Показано, що вміст GFAP різко знижувався у всіх досліджених відділах мозку  щурів, які споживали EtOH (приблизно на 60%, P < 0,05) порівняно з контрольними щурами, що вказує на глибоку астрогліальну дисфункцію. Введення тіаміну частково відновлювало рівень GFAP до 80% порівняно з контроль­ним значенням з групи EtOH (P < 0,05). Споживання етанолу знижувало вміст тіаміну в печінці в 3,7 раза і в 1,4 раза активність ТПК в головному мозку експериментальних тварин порівняно з контролем (P < 0,05). Введення тіаміну щурам із групи EtOH значно підвищувало рівень B1 в печінці, однак не мало впливу на активність ТПК в головному мозку. Дані показують, що дефіцит тіаміну відіграє важливу роль у пошкодженні астроглії головного мозку щурів, які споживали етанол, а введення високих доз тіа­міну може бути ефективним варіантом у запобіганні цих наслідків.

Ключові слова: , , ,

Посилання:

  1. Stickel F, Moreno C, Hampe J, Morgan MY. The genetics of alcohol dependence and alcohol-related liver disease. J Hepatol. 2017 Jan;66(1):195-211. PubMed, CrossRef
  2. Tikhomirov АA, Andrievsky GV, Nedzvetsky VS. Disorders in the Cytoskeleton of Astroglia and Neurons in the Rat Brain Induced by Long-Lasting Exposure to Ethanol and Correction of These Shifts by Hydrated Fullerene С60. Neurophysiology. 2008;40(4):279-287. CrossRef
  3. Thomson AD. Mechanisms of vitamin deficiency in chronic alcohol misusers and the development of the Wernicke-Korsakoff syndrome. Alcohol Alcohol Suppl. 2000 May-Jun;35(1):2-7. PubMed, CrossRef
  4. Galvin R, Bråthen G, Ivashynka A, Hillbom M, Tanasescu R, Leone MA. EFNS guidelines for diagnosis, therapy and prevention of Wernicke encephalopathy. Eur J Neurol. 2010 Dec;17(12):1408-18. PubMed, CrossRef
  5. Zhang SX, Weilersbacher GS, Henderson SW, Corso T, Olney JW, Langlais PJ. Excitotoxic cytopathology, progression, and reversibility of thiamine deficiency-induced diencephalic lesions. J Neuropathol Exp Neurol. 1995 Mar;54(2):255-67 PubMed, CrossRef
  6. Harper CG, Giles M, Finlay-Jones R. Clinical signs in the Wernicke-Korsakoff complex: a retrospective analysis of 131 cases diagnosed at necropsy. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 1986 Apr;49(4):341-5. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  7. Parkhomenko YM, Kudryavtsev PA, Pylypchuk SY, Chekhivska LI, Stepanenko SP, Sergiichuk AA, Bunik VI. Chronic alcoholism in rats induces a compensatory response, preserving brain thiamine diphosphate, but the brain 2-oxo acid dehydrogenases are inactivated despite unchanged coenzyme levels. J Neurochem. 2011 Jun;117(6):1055-65.  PubMed, CrossRef
  8. Sharma A, Bist R, Bubber P. Thiamine deficiency induces oxidative stress in brain mitochondria of Mus musculus. J Physiol Biochem. 2013 Sep;69(3):539-46. PubMed, CrossRef
  9. Butterworth RF. Hepatic encephalopathy–a serious complication of alcoholic liver disease. Alcohol Res Health. 2003;27(2):143-5. PubMed
  10. Pekny M, Pekna M, Messing A, Steinhäuser C, Lee JM, Parpura V, Hol EM, Sofroniew MV, Verkhratsky A. Astrocytes: a central element in neurological diseases. Acta Neuropathol. 2016 Mar;131(3):323-45. PubMed, CrossRef
  11. Falkowska A, Gutowska I, Goschorska M, Nowacki P, Chlubek D, Baranowska-Bosiacka I. Energy Metabolism of the Brain, Including the Cooperation between Astrocytes and Neurons, Especially in the Context of Glycogen Metabolism. Int J Mol Sci. 2015 Oct 29;16(11):25959-81. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  12. Karuppagounder SS, Xu H, Shi Q, Chen LH, Pedrini S, Pechman D, Baker H, Beal MF, Gandy SE, Gibson GE. Thiamine deficiency induces oxidative stress and exacerbates the plaque pathology in Alzheimer’s mouse model. Neurobiol Aging. 2009 Oct;30(10):1587-600. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  13. Franke H, Kittner H, Berger P, Wirkner K, Schramek J. The reaction of astrocytes and neurons in the hippocampus of adult rats during chronic ethanol treatment and correlations to behavioral impairments. Alcohol. 1997 Sep-Oct;14(5):445-54. PubMed, CrossRef
  14. Zahr NM, Sullivan EV, Rohlfing T, Mayer D, Collins AM, Luong R, Pfefferbaum A. Concomitants of alcoholism: differential effects of thiamine deficiency, liver damage, and food deprivation on the rat brain in vivo. Psychopharmacology (Berl). 2016 Jul;233(14):2675-86. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  15. Vidhya A, Renjugopal V, Indira M. Impact of thiamine supplementation in the reversal of ethanol induced toxicity in rats. Indian J Physiol Pharmacol. 2013 Oct-Dec;57(4):406-17. PubMed
  16. Dervaux A, Laqueille X. Thiamine (vitamin B1) treatment in patients with alcohol dependence.  Presse Med. 2017 Mar;46(2 Pt 1):165-171. PubMed, CrossRef
  17. Latt N, Dore G. Thiamine in the treatment of Wernicke encephalopathy in patients with alcohol use disorders. Intern Med J. 2014 Sep;44(9):911-5. PubMed, CrossRef
  18. Nishimoto A, Usery J, Winton JC, Twilla J. High-dose Parenteral Thiamine in Treatment of Wernicke’s Encephalopathy: Case Series and Review of the Literature. In Vivo. 2017 Jan 2;31(1):121-124. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  19. Pavlova AS, Stepanenko SP, Chekhovskaya LI, Tikhomirov AA, Parkhomenko YuM. Dependence of Vitamin B1 Metabolism and the State of Astroglia in the Rat Brain on the Supply with this Vitamin. Neurophysiology. 2016;48(5):336-345. CrossRef
  20. Zapadnyuk IP, Zapadnyuk VI, Zahariya EA, Zapadnyuk BV.  Laboratory animals. Breeding, keeping, use in experiment. Kiev: Vyshcha Shkola, 1983. 383 p.
  21. Bergmeyer HUХ. Methoden der Enzymatishen Analise. Tomo II. Weinheim: Verlag Chemie, 1974.
  22. Parkhomenko YuM, Stepuro II, Donchenko GV, Stepuro VI. Oxidized derivatives of thiamine: formation, properties, biological role. Ukr Biokhim Zhurn. 2012 Nov-Dec;84(6):5-24. (In Russian). PubMed
  23. Severin SE, Solov’eva GA.Laboratory Manual of Biochemistry. Moskow: MGU, 1989. 509 p.
  24. Mehta AJ. Alcoholism and critical illness: A review. World J Crit Care Med. 2016 Feb 4;5(1):27-35.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  25. Vedder LC, Hall JM, Jabrouin KR, Savage LM. Interactions between chronic ethanol consumption and thiamine deficiency on neural plasticity, spatial memory, and cognitive flexibility. Alcohol Clin Exp Res. 2015 Nov;39(11):2143-53. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  26. Verkhratsky A, Zorec R, Rodriguez JJ, Parpura V. Pathobiology of neurodegeneration: the role for astroglia. Opera Med Physiol. 2016 Jan;1:13-22. PubMed, PubMedCentral
  27. Wilhelm CJ, Hashimoto JG, Roberts ML, Bloom SH, Andrew MR, Wiren KM. Astrocyte Dysfunction Induced by Alcohol in Females but Not Males. Brain Pathol. 2016 Jul;26(4):433-51. PubMed, CrossRef
  28. Bull C, Syed WA, Minter SC, Bowers MS. Differential response of glial fibrillary acidic protein-positive astrocytes in the rat prefrontal cortex following ethanol self-administration. Alcohol Clin Exp Res. 2015 Apr;39(4):650-8. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  29. Reis KP, Heimfarth L, Pierozan P, Ferreira F, Loureiro SO, Fernandes CG, Carvalho RV, Pessoa-Pureur R. High postnatal susceptibility of hippocampal cytoskeleton in response to ethanol exposure during pregnancy and lactation. Alcohol. 2015 Nov;49(7):665-74. PubMed, CrossRef
  30. Guerri C, Renau-Piqueras J. Alcohol, astroglia, and brain development. Mol Neurobiol. 1997 Aug;15(1):65-81. PubMed, CrossRef
  31. Portari GV, Ovidio PP, Deminice R, Jordão AA Jr. Protective effect of treatment with thiamine or benfotiamine on liver oxidative damage in rat model of acute ethanol intoxication. Life Sci. 2016 Oct 1;162:21-4. PubMed, CrossRef
  32. Costantini A, Laureti T, Pala MI, Colangeli M, Cavalieri S, Pozzi E, Brusco A, Salvarani S, Serrati C, Fancellu R. Long-term treatment with thiamine as possible medical therapy for Friedreich ataxia. J Neurol. 2016 Nov;263(11):2170-2178. PubMed, CrossRef
  33. Costantini A, Pala MI, Compagnoni L, Colangeli M. High-dose thiamine as initial treatment for Parkinson’s disease. BMJ Case Rep. 2013 Aug 28;2013. pii: bcr2013009289. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  34. Smithline HA, Donnino M, Greenblatt DJ. Pharmacokinetics of high-dose oral thiamine hydrochloride in healthy subjects. BMC Clin Pharmacol. 2012 Feb 4;12:4. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  35. Keiding S, Sørensen M, Bender D, Munk OL, Ott P, Vilstrup H. Brain metabolism of 13N-ammonia during acute hepatic encephalopathy in cirrhosis measured by positron emission tomography. Hepatology. 2006 Jan;43(1):42-50. PubMed, CrossRef
  36. Afzal M, Kazmi I, Khan R, Rana P, Kumar V, Al-Abbasi FA, Zamzami MA, Anwar F. Thiamine potentiates chemoprotective effects of ibuprofen in DEN induced hepatic cancer via alteration of oxidative stress and inflammatory mechanism. Arch Biochem Biophys. 2017 Jun 1;623-624:58-63. PubMed, CrossRef
  37. Portari GV, Marchini JS, Vannucchi H, Jordao AA. Antioxidant effect of thiamine on acutely alcoholized rats and lack of efficacy using thiamine or glucose to reduce blood alcohol content. Basic Clin Pharmacol Toxicol. 2008 Nov;103(5):482-6. PubMed, CrossRef
  38. Pavlova О, Stepanenko S, Chehovska L, Parkhomenko Yu. Thiamine excange at chronic alcoholism condition and its correction. Visnyk Lviv Univ. Ser Biol. 2016;(73):177-181.
  39. Mkrtchyan G, Aleshin V, Parkhomenko Y, Kaehne T, Di Salvo ML, Parroni A, Contestabile R, Vovk A, Bettendorff L, Bunik V. Molecular mechanisms of the non-coenzyme action of thiamin in brain: biochemical, structural and pathway analysis. Sci Rep. 2015 Jul 27;5:12583.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.