Универсальность феномена «нейротоксичность» (обзор литературы)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Нейротоксическое действие рассматривается как один из вариантов токсичности многих ксенобиотиков. Нейротоксические эффекты развиваются не только при отравлениях, но и при воздействии биологических (например, возбудители инфекционных заболеваний) и физических (например, ионизирующие и неионизирующие излучения) факторов.

Материал и методы. Предметом анализа явился феномен нейротоксичности. Информация получена посредством изучения баз данных Scopus, Web of Science, PubMed, РИНЦ. 

Результаты. Отмечено отсутствие единого определения понятия «нейротоксикант». Кроме химических веществ нейротоксичностью обладают и иные факторы: биологические, физические. Механизмы нейродегенерации при воздействии нейротоксикантов с различными механизмами действия сходны и включают эксайтотоксичность, нейровоспаление, подавление функции митохондрий, угнетение процессов нейрогенеза и глиогенеза, оксидативный стресс, повышение проницаемости ГЭБ и апоптоз. Представленные особенности позволяют говорить о наличии универсальности феномена «нейротоксичность».

Заключение. При рассмотрении феномена «нейротоксичность» возникают определённые сложности. Не до конца сформулировано чёткое представление об этиологических факторах данного явления. Не создана всеобъемлющая классификация нейротоксикантов. При этом процессы нейродегенерации весьма сходны при отравлениях нейротоксикантами с различными механизмами действия, что доказывает универсальность феномена «нейротоксичность»

Об авторах

Александр Иванович Головко

ФГБУ «Научно-клинический центр токсикологии имени академика С.Н. Голикова» ФМБА России

Автор, ответственный за переписку.
Email: prgolovko@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0002-2751-3637

Доктор мед. наук, профессор, ведущий научный сотрудник ФГБУ «Научно-клинический центр токсикологии имени академика С.Н. Голикова» ФМБА России, 192019, г. Санкт-Петербург.

e-mail: prgolovko@inbox.ru

Author’s SPIN-code: 3074-6767; Scopus Author ID: 55282421900 

Россия

Юрий Юрьевич Ивницкий

ФГБУ «Научно-клинический центр токсикологии имени академика С.Н. Голикова» ФМБА России

Email: neugierig@mail.ru

Доктор медицинских наук, профессор, ведущий научный сотрудник ФГБУ «Научно-клинический центр токсикологии имени академика С.Н. Голикова» ФМБА России, 192019, Санкт-Петербург, Российская Федерация.

e-mail: neugierig@mail.ru

Scopus Author ID: 6508306519 

Россия

Максим Борисович Иванов

Общественная организация «Санкт-Петербургская общественная организация токсикологов»

Email: kkbk@bk.ru

Доктор медицинских наук, доцент, Председатель Санкт-Петербургской общественной организации токсикологов, 192019, Санкт-Петербург, Российская Федерация.

e-mail: kkbk@bk.ru

eLIBRARY ID: 45112177; eLIBRARY ID: 41619063 

Россия

Владимир Леонидович Рейнюк

ФГБУ «Научно-клинический центр токсикологии имени академика С.Н. Голикова» ФМБА России

Email: vladton@mail.ru

Доктор медицинских наук, доцент, Временно Исполняющий Обязанности директора ФГБУ «Научно-клинический центр токсикологии имени академика С.Н. Голикова» ФМБА России, 192019, Санкт-Петербург, Российская Федерация.

e-mail: vladton@mail.ru

Scopus Author ID: 55436905400 

Россия

Список литературы

  1. Куценко С.А. Основы токсикологии. СПб.: ООО «Издательство Фолиант»; 2004.
  2. Софронов Г.А., Александров М.В., Головко А.И., Иванов М.Б., Рейнюк В.Л., Васильев С.А. и соавт. Экстремальная токсикология: Учебник. 2-е изд., исправ. Софронов Г.А., Александров М.В., ред. СПб.: Медкнига «ЭЛБИ-СПб»; 2016.
  3. Singer R. Neurotoxicity in neuropsychology. In: Schoenberg M.R., Scott J.G., eds. The little black book of neuropsychology: A syndrome-based approach. Santa Fe, New Mexico. Springer Science+Business Media. 2011: 813-38.
  4. Cannon J.R., Greenamyre J.T. The role of environmental exposures in neurodegeneration and neurodegenerative diseases. Toxicol. Sci. 2011; 124 (2): 225-50. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfr239
  5. Chen Y. Organophosphate-induced brain damage: Mechanisms, neuropsychiatric and neurological consequences, and potential therapeutic strategies. Neurotoxicology. 2012; 33 (3): 391-400. https://doi.org/10.1016/j.neuro.2012.03.011
  6. Cunha-Oliveira T., Rego A.C., Oliveira C.R. Cellular and molecular mechanisms involved in the neurotoxicity of opioid and psychostimulant drugs. Brain Res. Rev. 2008; 58 (1): 192-208. https://doi.org/10.1016/j.brainresrev.2008.03.002
  7. Gonçalves J., Baptista S., Silva A.P. Psychostimulants and brain dysfunction: a review of the relevant neurotoxic effects. Neuropharmacology. 2014; 87: 135-49. https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2014.01.006
  8. Singh T.P., Singh O.M. Recent progress in biological activities of indole and indole alkaloids. Mini Rev. Med. Chem. 2018; 18 (1): 9-25. https://doi.org/10.2174/1389557517666170807123201
  9. Pereira R.B., Andrade P.B., Valentão P. A comprehensive view of the neurotoxicity mechanisms of cocaine and ethanol. Neurotox. Res. 2015; 28 (3): 253-67. https://doi.org/10.1007/s12640-015-9536-x
  10. Cash W.J., McConville P., McDermott E., McCormick P.A., Callender M.E., McDougall N.I. Current concepts in the assessment and treatment of hepatic encephalopathy. QJM. 2010; 103 (1): 9-16. https://doi.org/10.1093/qjmed/hcp152
  11. Avdoshina V., Caragher S.P., Wenzel E.D., Taraballi F., Mocchetti I., Harry G.J. The viral protein gp120 decreases the acetylation of neuronal tubulin: potential mechanism of neurotoxicity. J. Neurochem. 2017; 141 (4): 606-13. https://doi.org/10.1111/jnc.14015
  12. Fike J.R. Physiopathology of radiation-induced neurotoxicity. Rev. Neurol. (Paris). 2011; 167 (10): 746-50. https://doi.org/10.1016/j.neurol.2011.07.005
  13. Hosseini S., Wilk E., Michaelsen-Preusse K., Gerhauser I., Baumgärtner W., Geffers R. et al. Long-term neuroinflammation induced by influenza a virus infection and the impact on hippocampal neuron morphology and function. J. Neurosci. 2018; 38 (12): 3060-80. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1740-17.2018
  14. Megha K., Deshmukh P.S., Banerjee B.D., Tripathi A.K., Ahmed R., Abegaonkar M.P. Low intensity microwave radiation induced oxidative stress, inflammatory response and DNA damage in rat brain. Neurotoxicology. 2015; 51: 158-65. https://doi.org/10.1016/j.neuro.2015.10.009
  15. Zhi W.J., Wang L.F., Hu X.J. Recent advances in the effects of microwave radiation on brains. Mil. Med. Res. 2017; 4 (1): 29. https://doi.org/10.1186/s40779-017-0139-0 Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5607572/ (Accessed 02 August 2020).
  16. Norton S. Toxic responses of the central nervous system. In: Klaassen C.D., Amdur M.O., Doull J., eds. Casarett and Doull’s toxicology. The basic science of poisons. 3rd ed. New York: Macmillan; 1986: 359-86.
  17. Angoa-Pérez M., Anneken J.H., Kuhn D.M. Neurotoxicology of synthetic cathinone analogs. Curr. Top. Behav. Neurosci. 2017; 32: 209-30. https://doi.org/10.1007/7854_2016_21
  18. Banks C.N., Lein P.J. A review of experimental evidence linking neurotoxic organophosphorus compounds and inflammation. Neurotoxicology. 2012; 33 (3): 575-84. https://doi.org/10.1016/j.neuro.2012.02.002
  19. Farina M., Avila D.S., da Rocha J.B., Aschner M. Metals, oxidative stress and neurodegeneration: a focus on iron, manganese and mercury. Neurochem. Int. 2013; 62 (5): 575-94. https://doi.org/10.1016/j.neuint.2012.12.006
  20. National Institute of Neurological Disorders and Stroke. Neurotoxicity information page (2020). Available at: https://www.ninds.nih.gov/Disorders/All-Disorders/Neurotoxicity-Information-Page (Accessed 02 August 2020).
  21. Spencer P.S., Lein P.J. Neurotoxicity. In: Wexler P., ed. Encyclopedia of toxicology. 3rd ed. Cambridge, Massachusetts: Academic Press; 2014; 3: 489-500.
  22. Smart D. Radiation toxicity in the central nervous system: mechanisms and strategies for injury reduction. Semin. Radiat. Oncol. 2017; 27 (4): 332-9. https://doi.org/10.1016/j.semradonc.2017.04.006
  23. Armada-Moreira A., Gomes J.I., Pina C.C., Savchak O.K., Gonçalves-Ribeiro J., Rei N. et al. Going the extra (synaptic) mile: Excitotoxicity as the road toward neurodegenerative diseases. Front. Cell. Neurosci. 2020; 14. https://doi.org/10.3389/fncel.2020.00090 Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7194075/ (Accessed 02 August 2020).
  24. Barua S., Kim J.Y., Yenari M.A., Lee J.E. The role of NOX inhibitors in neurodegenerative diseases. IBRO Rep. 2019; 7: 59-69. https://doi.org/10.1016/j.ibror.2019.07.1721
  25. Erinoff L. General considerations in assessing neurotoxicity using neuroanatomical methods. Neurochem. Int. 1995; 26 (2): 111-14. https://doi.org/10.1016/0197-0186(94)00105-4
  26. Mohammad Ahmadi Soleimani S., Ekhtiari H., Cadet J.L. Drug-induced neurotoxicity in addiction medicine: From prevention to harm reduction. Progress in Brain Research. 2016; 223: 19-41. https://doi.org/10.1016/bs.pbr.2015.07.004
  27. Furlong H. Investigation of the cellular and molecular mechanisms of radiation-induced bystander effects. Doctoral thesis. Technological University Dublin. 2014: 1-245. Available at: https://arrow.tudublin.ie/cgi/viewcontent.cgi?article=1156&context=sciendoc (Accessed 02 August 2020).
  28. Голиков С.Н., Саноцкий И.В., Тиунов Л.А. Общие механизмы токсического действия. Л.: Медицина; 1986.
  29. Moser V.C., Aschner M., Richardson R.J., Philbert M.A. Toxic responses of the nervous system. In: Klaassen C.D. ed. Casarett and Doull’s toxicology: The basic science of poisons. 7th ed. New York: McGraw-Hill; 2008: 631-64.
  30. Tilson H.A., Harry G.J. Principles of neurotoxicology. In: Lester D.S., Slikker W. Jr, Lazarovici P., eds. Site selective neurotoxicity. London, New York: Taylor and Francis e-Library; 2004: 3-15.
  31. Jiang X., Jin T., Zhang H., Miao J., Zhao X., Su Y. et al. Current progress of mitochondrial quality control pathways underlying the pathogenesis of Parkinson’s disease. Oxid. Med. Cell. Longev. 2019; 4578462. https://doi.org/10.1155/2019/4578462. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6710741/ (Accessed 02 August 2020).
  32. Ayala M.E., Velázquez D.E., Mendoza J.L., Monroy J., Domínguez R., Cárdenas M. et al. Dorsal and medial raphe nuclei participate differentially in reproductive functions of the male rat. Reprod. Biol. Endocrinol. 2015; 13 (1): 132. https://doi.org/10.1186/s12958-015-0130-0 Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4672486/ (Accessed 02 August 2020).
  33. Hamadjida A., Frouni I., Kwan C., Huot P. Classic animal models of Parkinson’s disease: a historical perspective. Behav. Pharmacol. 2019; 30 (4): 291-310. https://doi.org/10.1097/FBP.0000000000000441
  34. Shin H.C., Jo B.G., Lee C.Y., Lee K.W, Namgung U. Hippocampal activation of 5-HT1B receptors and BDNF production by vagus nerve stimulation in rats under chronic restraint stress. Eur. J. Neurosci. 2019; 50 (1): 1820-30. https://doi.org/10.1111/ejn.14368
  35. Andrews P.L. Physiology of nausea and vomiting. Br. J. Anaesth. 1992; 69 (Suppl. 1): S2-19. https://doi.org/10.1093/bja/69.supplement_1.2s
  36. Bond R.A., Ijzerman A.P. Recent developments in constitutive receptor activity and inverse agonism, and their potential for GPCR drug discovery. Trends Pharmacol. Sci. 2006; 27 (2): 92-6. https://doi.org/10.1016/j.tips.2005.12.007
  37. Kenakin T. Efficacy as a vector: the relative prevalence and paucity of inverse agonism. Mol. Pharmacol. 2004; 65 (1): 2-11. https://doi.org/10.1124/mol.65.1.2
  38. Головко А.И. Каннабиноиды. Нейрохимия и нейробиология. Успехи современной биологии. 2011; 131 (3): 280-91.
  39. Головко А.И., Головко Е.С., Иванов М.Б., Баринов В.А. Основы биологической активности психостимуляторов. Успехи современной биологии. 2017; 137 (3): 273-87.
  40. Carocci A., Rovito N., Sinicropi M.S., Genchi G. Mercury toxicity and neurodegenerative effects. Rev. Environ. Contam. Toxicol. 2014; 229: 1-18. https://doi.org/10.1007/978-3-319-03777-6_1
  41. Lohren H., Blagojevic L., Fitkau R., Ebert F., Schildknecht S., Leist M. et al. Toxicity of organic and inorganic mercury species in differentiated human neurons and human astrocytes. J. Trace Elem. Med. Biol. 2015; 32: 200-8. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2015.06.008
  42. Takahashi T., Fujimura M., Koyama M., Kanazawa M., Usuki F., Nishizawa M. et al. Methylmercury causes blood-brain barrier damage in rats via upregulation of vascular endothelial growth factor expression. PLoS One. 2017; 12 (1): e0170623. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0170623 Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5261729/ (Accessed 02 August 2020).
  43. Kaur S., Singh S., Chahal K.S., Prakash A. Potential pharmacological strategies for the improved treatment of organophosphate-induced neurotoxicity. Can. J. Physiol. Pharmacol. 2014; 92 (11): 893-911. https://doi.org/10.1139/cjpp-2014-0113
  44. Noshy M.M., Saad-Hussein A., Shahy E.M., El-Shorbagy H.M., Taha M.M., Abdel-Shafy E.A. Assessment of anticholinesterase toxicity, oxidative stress and antioxidant status in carbamate and organophosphorus pesticides exposed agricultural workers. International Journal of Pharmaceutical and Clinical Research. 2017; 9 (3): 205-9. https://doi.org/10.25258/ijpcr.v9i3.8319
  45. Little J.P., Villanueva E.B., Klegeris A. Therapeutic potential of cannabinoids in the treatment of neuroinflammation associated with Parkinson’s disease. Mini Rev. Med. Chem. 2011; 11 (7): 582-90. https://doi.org/10.2174/138955711795906905
  46. Oztas E., Abudayyak M., Celiksoz M., Özhan G. Inflammation and oxidative stress are key mediators in AKB48-induced neurotoxicity in vitro. Toxicol. In Vitro. 2019; 55: 101-7. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2018.12.005
  47. Tomiyama K., Funada M. Cytotoxicity of synthetic cannabinoids found in “Spice” products: the role of cannabinoid receptors and the caspase cascade in the NG 108-15 cell line. Toxicol. Lett. 2011; 207 (1): 12-17. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2011.08.021
  48. Tomiyama K., Funada M. Cytotoxicity of synthetic cannabinoids on primary neuronal cells of the forebrain: the involvement of cannabinoid CB1 receptors and apoptotic cell death. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2014; 274 (1): 17-23. https://doi.org/10.1016/j.taap.2013.10.028
  49. Sarafian T., Verity M.A. Oxidative mechanisms underlying methyl mercury neurotoxicity. Int. J. Dev. Neurosci. 1991; 9 (2): 147-53. https://doi.org/10.1016/0736-5748(91)90005-7
  50. Atchison W.D., Hare M.F. Mechanisms of methylmercury-induced neurotoxicity. FASEB J. 1994; 8 (9): 622-9. https://doi.org/10.1096/fasebj.8.9.7516300
  51. Altuntas I., Delibas N., Doguc D.K., Ozmen S., Gultekin F. Role of reactive oxygen species in organophosphate insecticide phosalone toxicity in erythrocytes in vitro. Toxicol. In Vitro. 2003; 17 (2): 153-7. https://doi.org/10.1016/s0887-2333(02)00133-9
  52. Gultekin F., Ozturk M., Akdogan M. The effect of organophosphate insecticide chlorpyrifos-ethyl on lipid peroxidation and antioxidant enzymes (in vitro). Arch. Toxicol. 2000; 74 (9): 533-8. https://doi.org/10.1007/s002040000167
  53. Soltaninejad K., Abdollahi M. Current opinion on the science of organophosphate pesticides and toxic stress: a systematic review. Med. Sci. Monit. 2009; 15 (3): RA75-90.
  54. Ranjbar A., Pasalar P., Abdollahi M. Induction of oxidative stress and acetylcholinesterase inhibition in organophosphorous pesticide manufacturing workers. Hum. Exp. Toxicol. 2002; 21 (4): 179-82. https://doi.org/10.1191/0960327102ht238oa
  55. Shadnia S., Azizi E., Hosseini R., Khoei S., Fouladdel S., Pajoumand A. et al. Evaluation of oxidative stress and genotoxicity in organophosphorus insecticide formulators. Hum. Exp. Toxicol. 2005; 24 (9): 439-45. https://doi.org/10.1191/0960327105ht549oa
  56. Sharma R.K., Upadhyay G., Siddiqi N.J., Sharma B. Pesticides-induced biochemical alterations in occupational North Indian suburban population. Hum. Exp. Toxicol. 2013; 32 (11): 1213-27. https://doi.org/10.1177/0960327112474835
  57. Kaur P., Radotra B., Minz R.W., Gill K.D. Impaired mitochondrial energy metabolism and neuronal apoptotic cell death after chronic dichlorvos (OP) exposure in rat brain. Neurotoxicology. 2007; 28 (6): 1208-19. https://doi.org/10.1016/j.neuro.2007.08.001
  58. Pearson J.N., Patel M. The role of oxidative stress in organophosphate and nerve agent toxicity. Ann. N Y Acad. Sci. 2016; 1378 (1): 17-24. https://doi.org/10.1111/nyas.13115
  59. Cadet J.L., Krasnova I.N. Molecular bases of methamphetamine-induced neurodegeneration. Int. Rev. Neurobiol. 2009; 88: 101-19. https://doi.org/10.1016/S0074-7742(09)88005-7
  60. Planeta C.S., Lepsch L.B., Alves R., Scavone C. Influence of the dopaminergic system, CREB, and transcription factor-κB on cocaine neurotoxicity. Braz. J. Med. Biol. Res. 2013; 46 (11): 909-15. https://doi.org/10.1590/1414-431X20133379

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Головко А.И., Ивницкий Ю.Ю., Иванов М.Б., Рейнюк В.Л., 2021


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 81728 от 11 декабря 2013.