Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) – структура, обеспечивающая избирательную проницаемость между компонентами крови и паренхимой головного мозга. Гомоцистеин – серосодержащая аминокислота, участвующая в цикле метионина. Повышенное содержание в крови гомоцистеина (гипергомоцистеинемия, ГГЦ) вызывает нарушение структуры ГЭБ, через усиление производства активных форм кислорода и активацию матриксных металлопротеиназ, которые играют важную роль в разрушении белкового матрикса и приводит повышенной проницаемости сосудов. Цель исследования: анализ возрастных изменений проницаемости ГЭБ крыс в условиях хронического действия гомоцистеина и его производных.

В экспериментах использовались следующие группы животных: контрольная группа, животные c пренатальной ГГЦ и с введение гомоцистеин-тиолактона. Для создания хронической модели пренатальной ГГЦ использовалась пищевая метиониновая нагрузка (7.7 г/кг корма) в течение всей беременности самок крыс. Эксперименты проводились на потомстве в возрасте 1.5 и 6 месяцев после рождения. Для оценки проницаемости ГЭБ определили экстравазацию альбумина в ткани головного мозга с использованием красителя Evans Blue (EB, 2мл/кг). Прохождение красителя Evans Blue через ГЭБ оценивали спустя 60 мин после его внутривенного введения. Определение содержания красителя в гомогенате мозжечка животного осуществляли спектрофотометрически (620 нм) с использованием планшетного ИФА ридера Multiscan FS (Thermo scientific, США) по калибровочным кривым. Для анализа действия производных гомоцистеина – гомоцистеин-тиолактон (10 мг/кг) водился подкожно за 60 мин до введения красителя.

Анализ экспериментальных данных показал, что в контрольных условиях после внутривенного введения EB не отмечалось выхода красителя за пределы церебральных сосудов. Концентрация EB в гомогенате клеток мозжечка контрольной группы животных в возрасте 1.5 месяца составляла 0.1 ± 0.04 мкг/мг ткани (N = 11). Предварительное введение гомоцистеин-тиолактона вызывало увеличение проницаемости ГЭБ и концентрация EB составляла 0.4 ± 0.2 мкг/мг ткани (N = 9; p < 0.05). В условиях пренатальной ГГЦ и в тканях мозга потомства наблюдалось нарушение проницаемости ГЭБ и содержание EB в тканях мозжечка составляла 0.6 ± 0.09 мкг/мг ткани (N = 8; p < 0.05). Индекс проницаемости ГЭБ составил 16±2% (N=8) у крыс с пренатальной гипергомоцистеинемией и не превысил 1% у контрольной группы. В тоже время, у крыс экспериментальной группы в возрасте 6 месяцев наблюдалось восстановление проницаемости ГЭБ и концентрация ЕВ в гомогенате мозжечка составляла - 0.14±0.01 мкг/мл (N=6, p > 0.05) относительно контроля.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что гомоцистеин и его производные оказывают негативное влияние на проницаемость гематоэнцефалического барьера крыс в пренатальный период развития. Возможно, токсическое действие гомоцистеина связано с нарушением структуры эндотелия сосудов мозга, дисфункцией астроцитов и нейронов.

Работа выполнена за счет средств Программы стратегического академического лидерства Казанского (Приволжского) федерального университета (ПРИОРИТЕТ-2030)

The blood-brain barrier (BBB) is a structure that provides selective permeability between blood components and the brain parenchyma. Homocysteine is a sulfur-containing amino acid involved in the methionine cycle. An increased level of homocysteine in the blood (hyperhomocysteinemia, HHC) causes a violation of the structure of the BBB, through increased production of reactive oxygen species and activation of matrix metalloproteinases, which play an important role in the destruction of the protein matrix and lead to increased vascular permeability. The purpose of the study was to analyze age-related changes in the BBB permeability of rats under conditions of chronic action of homocysteine and its derivatives.

The following groups of animals were used in the experiments: the control group, animals with prenatal HHC and with injection of homocysteine-thiolactone. To create a chronic model of prenatal HHC, a dietary methionine load (7.7 g/kg feed) was used throughout the pregnancy of female rats. The experiments were carried out on offspring at the age of 1.5 and 6 months after birth. To assess the permeability of the BBB, extravasation of albumin in the brain tissue was determined using the dye Evans Blue (EB, 2ml/kg). Evans Blue’s passage through the BBB was assessed 60 minutes after its intravenous injection. Determination of the dye concentration in the animal cerebellum homogenate was carried out spectrophotometrically (620 nm) using a tablet ELISA reader Multiscan FS (Thermo scientific, USA) using calibration curves. To analyze the effect of homocysteine derivatives, homocysteine-thiolactone (10 mg/kg) was injected subcutaneously 60 minutes before dye injection.

The experimental data showed that there was no release of the dye from the cerebral vessels after intravenous injection of EB under control conditions. The EB concentration in the cerebellum cell homogenate of the control group of animals at the age of 1.5 months was 0.1 ± 0.04 μg/mg brain tissue (N = 11). Preliminary homocysteine-thiolactone injection caused an increase in BBB permeability and the EB concentration was 0.4 ± 0.2 μg/mg brain tissue (N = 9; p < 0.05). Under conditions of prenatal HHC and in the brain tissues of the offspring, BBB permeability was impaired, and the EB concentration in the cerebellar tissues was 0.6 ± 0.09 μg/mg brain tissue (N = 8; p < 0.05). The BBB permeability index was 16±2% (N=8) in rats with prenatal hyperhomocysteinemia and did not exceed 1% in the control group. At the same time, in rats of the experimental group at the age of 6 months, restoration of BBB permeability was observed and the concentration of EB in the cerebellum homogenate was 0.14±0.01 μg/mg brain tissue (N=6, p > 0.05) relative to the control.

Thus, the obtained data indicate, that homocysteine and its derivatives have a negative effect on the permeability of the blood-brain barrier in rats in the prenatal period of development. It is possible that the toxic effect of homocysteine is associated with a violation of the structure of the endothelium of the brain vessels, dysfunction of astrocytes and neurons.

This paper has been supported by the Kazan Federal University Strategic Academic Leadership Program (PRIORITY-2030)