Механизмы повреждения и защиты клетки при ишемии/реперфузии и экспериментальное обоснование применения препаратов на основе лития в анестезиологии

Фармакологические препараты на основе ионов лития уже более 60 лет используются в клинической практике для лечения биполярных расстройств и остаются основой фармакотерапии пациентов с этой группой заболеваний. Несмотря на это, терапевтические механизмы действия ионов лития изучены не в полной мере. В течение последних 10 лет в экспериментах in vitro и in vivo было получено множество данных, свидетельствующих о наличии у ионов лития ранее не описанных нейро-, кардио- и нефропротекторных свойств. Основной мишенью ионов лития при реализации этих эффектов является киназа гликогенсинтазы-3в, ключевой фермент различных патологических и защитных сигнальных путей. Данный обзор посвящен новым свойствам ионов лития, делающих их чрезвычайно перспективными для клинического применения при состояниях, связанных с остановкой кровообращения, что особенно актуально для анестезиологии и реаниматологии. Ключевые слова: ионы лития, мозг, сердце, почка, постреанимационная болезнь.

ионы лития, мозг, сердце, почка, постреанимационная болезнь

1. Гусев Е. И, Скворцова В. И., Стаховская Л. В.Журн. неврологии и психиатрии им. Корсакова.

2. Лихванцев В. В, Мороз В. В., Гребенчиков О. А., Гороховатский Ю. И., Заржецкий Ю. В., Тимошин С. С, Левиков Д. И, Шайбакова В. Л.Ишемическое и фармакологическое прекондиционирование (часть 1).Общая реаниматология.2011; 7 (6): 59—65.

3. Лихванцев В. В., Мороз В. В., Гребенчиков О. А., Гороховатский Ю. И., Заржецкий Ю. В., Тимошин С. С., Левиков Д. И., Шайбакова В. Л.Ишемическое и фармакологическое прекондиционирование (часть 2).Общаяреаниматология.2012; 8 (1): 61—67.

4. ShohamiE., GatiI., Beit-YannaiE., Trembovler V., Kohen R.Closed head injury in the rat induces whole body oxidative stress: overall reducing antioxidant profile.J. Neurotrauma.1999; 16 (5): 365—376.

5. Himmelfarb J., Ikizler T. A.Acute kidney injury: changing lexicography, definitions, and epidemiology.Kidney Int.2007; 71 (10): 971—976.

6. Schneider A., Bottiger B. W., Popp E.Cerebral resuscitation after cardio-circulatory arrest.Anesth. Analg.2009; 108 (3): 971—979.

7. Lim C., Alexander M. P., LaFleche G., Schnyer D. M., Verfaellie M.The neurological and cognitive sequelae of cardiac arrest.Neurology.2004; 63 (10): 1774—1778.

8. van Alem A. P., de Vos R., Schmand B., Koster R. W.Cognitive impairment in survivors of out-of-hospital cardiac arrest.Am. Heart J.2004; 148 (3): 416—421.

9. Корниенко А. Н., Добрушина О. Р., Зинина Е. П.Профилактика кар-диальных осложнений внесердечных операций.Общая реаниматология.2011; 7 (5): 57—66.

10. Табакьян Е. А., Партигулов С. А., Савушкина Т. Н., Лепилин М. Г., Ак-чурин Р. С.Гемофильтрация и гемодиализ в профилактике и лечении острой почечной недостаточности после операций на сердце с

11. Nolan J. P., Neumar R. W., Adrie C., Aibiki M., Berg R. A., Bottiger B. W., Callaway C., Clark R. S., Geocadin R. G., Jauch E. C., Kern K. B., Laurent I., Longstreth W. T., Merchant R. M., Morley P., Morrison L. J., Nadkarni V., Peberdy M. A., Rivers E. P., Rodriguez-Nunez A., Sellke F. W., Spaulding C., Sunde K., Vanden Hoek T.Post-cardiac arrest syndrome: epidemiology, pathophysiology, treatment, and prognostication: a scientific statement from the International Liaison Committee on Resuscitation; the American Heart Association Emergency Cardiovascular Care Committee; the Council on Cardiovascular Surgery and Anesthesia; the Council on Cardiopulmonary, Perioperative, and Critical Care; the Council on Clinical Cardiology; the Council on Stroke (Part II).Int. Emerg. Nurs.2010; 18 (1): 8—28.

12. Cadenas E., Sies H.Oxidative stress: excited oxygen species and enzyme activity.Adv. Enzyme Regul.1985; 23: 217—237.

13. Зоров Д. Б., Банникова С. Ю., Белоусов В. В., Высоких М. Ю., Зоро-ва Л. Д., Исаев Н. К., Красников Б. Ф., Плотников Е. Ю.Друзья или враги. Активные формы кислорода и азота (обзор).Биохимия.2005; 70 (2): 265—272.

14. Зоров Д. Б., Исаев Н. К., Плотников Е. Ю., Зорова Л. Д., Стельмашук Е. В., Васильева А. К., Архангельская А. А., Хряпенкова Т. Г.Митохондрия как многоликий Янус (обзор).Биохимия.2007; 72 (10): 1371—1384.

15. Tondo L., Baldessarini R. J.Long-term lithium treatment in the prevention of suicidal behavior in bipolar disorder patients.Epidemiol. Psichiatr. Soc.2009; 18 (3): 179—183.

16. Nonaka S., Chuang D. M.Neuroprotective effects of chronic lithium on focal cerebral ischemia in rats.Neuroreport.1998; 9 (9): 2081—2084.

17. Xu J, Culman J., Blume A., Brecht S., Gohlke P.Chronic treatment with a low dose of lithium protects the brain against ischemic injury by reducing apoptotic death.Stroke.2003; 34 (5): 1287—1292.

18. Ma J., Zhang G. Y.Lithium reduced N-methyl-D-aspartate receptor subunit 2A tyrosine phosphorylation and its interactions with Src and Fyn mediated by PSD-95 in rat hippocampus following cerebral ischemia.Neurosci. Lett.2003; 348 (3): 185—189.

19. Bian Q., Shi T., Chuang D. M., Qian Y.Lithium reduces ischemia-induced hippocampal CA1 damage and behavioral deficits in gerbils.Brain Res.2007; 1184: 270—276.

20. Chalecka-Franaszek E., ChuangD. M.Lithium activates the serine/thre-onine kinase Akt-1 and suppresses glutamate-induced inhibition of Akt-1 activity in neurons.Proc. Natl. Acad. Sci. USA.1999; 96 (15): 8745—8750.

21. Roh M. S., Eom T. Y., Zmijewska A. A., De Sarno P., Roth K.A.,Jope R. S.Hypoxia activates glycogen synthase kinase-3 in mouse brain in vivo: protection by mood stabilizers and imipramine.Biol. Psychiatry.2005; 57 (3): 278—286.

22. Yan X. B., Wang S. S., Hou H. L., Ji R., Zhou J. N.Lithium improves the behavioral disorder in rats subjected to transient global cerebral ischemia.Behav. Brain Res.2007; 177 (2): 282—289.

23. Yan X. B., Hou H. L., Wu L. M., Liu J., Zhou J. N.Lithium regulates hip-pocampal neurogenesis by ERK pathway and facilitates recovery of spatial learning and memory in rats after transient global cerebral ischemia.Neuropharmacology.2007; 53 (4): 487—495.

24. Yoshida S., Kirino T., Tamura A., Basugi N., Sano K.Lithium ion does not protect brain against transient ischemia in gerbils.Stroke.1991; 22 (1): 84—89.

25. Ren M., Senatorov V. V., Chen R. W., Chuang D. M.Postinsult treatment with lithium reduces brain damage and facilitates neurological recovery in a rat ischemia/reperfusion model.Proc. Natl. Acad. Sci. USA.2003; 100 (10): 6210—6215.

26. Kim Y. R., van Meer M. P., Tejima E., Murata Y., Mandeville J. B., Dai G., Chuang D. M., Rosen B. R., Lo E. H.Functional MRI of delayed chronic lithium treatment in rat focal cerebral ischemia.Stroke.2008; 39 (2): 439—447.

27. Guo S., Arai K., Stins M. F., Chuang D. M., Lo E. H.Lithium upregulates vascular endothelial growth factor in brain endothelial cells and astro-cytes.Stroke.2009; 40 (2): 652—655.

28. Zhu Z. F., Wang Q. G., Han B. J., William C. P.Neuroprotective effect and cognitive outcome of chronic lithium on traumatic brain injury in mice.Brain Res. Bull.2010; 83 (5): 272—277.

29. Shapira M., Licht A., Milman A., Pick C. G., Shohami E., Eldar-Finkelman H.Role of glycogen synthase kinase-3beta in early depressive behavior induced by mild traumatic brain injury.Mol. Cell. Neurosci.2007; 34 (4): 571—577.

30. Dill J, Wang H., Zhou F., Li S.Inactivation of glycogen synthase kinase 3 promotes axonal growth and recovery in the CNS.J. Neurosci.2008; 28 (36): 8914—8928.

31. Yick L. W., So K. F., Cheung P. T., Wu W. T.Lithium chloride reinforces the regeneration-promoting effect of chondroitinase ABC on rubrospinal neurons after spinal cord injury.J. Neurotrauma.2004; 21 (7): 932—943.

32. Faghihi M., Mirershadi F., Dehpour A. R., Bazargan M.Preconditioning with acute and chronic lithium administration reduces ischemia/reperfusion injury mediated by cyclooxygenase not nitric oxide synthase pathway in isolated rat heart.Eur. J. Pharmacol.2008; 597 (1—3): 57—63.

33. Kaga S., Zhan L., Altaf E., Maulik N.Glycogen synthase kinase -3beta/beta-catenin promotes angiogenic and anti-apoptotic signaling through the induction of VEGF, Bcl-2 and survivin expression in rat ischemic preconditioned myocardium.J. Mol. Cell Cardiol.2006; 40 (1): 138—147.

34. Juhaszova M., Zorov D. B., Kim S. H., Pepe S., Fu Q., Fishbein K. W., Ziman B. D., Wang S., Ytrehus K., Antos C. L., Olson E. N., Sollott S. J.Glycogen synthase kinase-3beta mediates convergence of protection signaling to inhibit the mitochondrial permeability transition pore.J. Clin. Invest.2004; 113 (11): 1535—1549.

35. Talab S. S., Emami H., Elmi A., Nezami B. G., Assa S., Deroee A. F., Daneshmand A., Tavangar S. M., Dehpour A. R.Chronic lithium treatment protects the rat kidney against ischemia/reperfusion injury: the role of nitric oxide and cyclooxygenase pathways.Eur. J. Pharmacol.2010; 647 (1—3): 171 — 177.

36. Васильева А. К., Плотников Е. Ю., Казаченко А. В., Кирпатовский В. И., Зоров Д. Б.Ингибирование GSK-3b снижает индуцированную ишемией гибель клеток почки.Бюл. эксперим. биологии и медицины.2010; 149 (3): 276—281.

37. Казаченко А. В., Дзеранов Н. К., Плотников Е. Ю., Голованов, С. А., Зоров Д. Б., Кирпатовский В. И.Механизм действия и эффективность хлористого лития при тепловой ишемии почки.Урология.2009; 4: 19—24.

38. Plotnikov E. Y., Kazachenko A. V., Vyssokikh M. Y., Vasileva A. K., Tcvirkun D. V., Isaev N. K., Kirpatovsky V. I., Zorov D. B.The role of mitochondria in oxidative and nitrosative stress during ischemia/reper-fusion in the rat kidney.Kidney Int.2007; 72 (12): 1493—1502.

39. Wang Y., HuangWC., Wang C. Y., Tsai C. C., Chen C. L., Chang Y. T., KaiJ. I., Lin C. F.Inhibiting glycogen synthase kinase-3 reduces endotoxaemic acute renal failure by down-regulating inflammation and renal cell apoptosis.Br. J. Pharmacol.2009; 157 (6): 1004—1013.

40. Klein P. S., Melton D. A.A molecular mechanism for the effect of lithium on development.Proc. Natl. Acad. Sci. USA.1996; 93 (16): 8455—8459.

41. Ryves W.J., HarwoodA.J.Lithium inhibits glycogen synthase kinase-3 by competition for magnesium.Biochem. Biophys. Res. Commun.2001; 280 (3): 720—725.

42. Stambolic V., Ruel L., Woodget J. R.Lithium inhibits glycogen synthase kinase-3 activity and mimics wingless signalling in intact cells.Curr. Biol.1996; 6 (12): 1664—1668.

43. Jope R. S.A bimodal model of the mechanism of action of lithium.Mol. Psychiatry.1999; 4 (1): 21—25.

44. Kirshenboim N., Plotkin B., Shlomo S. B., Kaidanovich-Beilin O., Eldar-Finkelman H.Lithium-mediated phosphorylation of glycogen synthase kinase-3beta involves PI3 kinase-dependent activation of protein kinase C-alpha.J. Mol. Neurosci.2004; 24 (2): 237—245.

45. Zhang F., Phiel C. J., Spece L., Gurvich N., Klein P. S.Inhibitory phos-phorylation of glycogen synthase kinase-3 (GSK-3) in response to lithium. Evidence for autoregulation of GSK-3.J. Biol. Chem.2003; 278 (35): 33067—33077.

46. Berridge M. J., Downes C. P., Hanley M. R.Neural and developmental actions of lithium: a unifying hypothesis.Cell.1989; 59 (3): 411—419.

47. Fisher S. K., Agranoff B. W.Receptor activation and inositol lipid hydrolysis in neural tissues.J. Neurochem.1987; 48 (4): 999—1017.

48. Phiel C. J., Klein P. S.Molecular targets of lithium action.Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol.2001; 41: 789—813.

49. Gould T. D., Quiroz J. A., Singh J., Zarate C. A., Manji H. K.Emerging experimental therapeutics for bipolar disorder: insights from the molecular and cellular actions of current mood stabilizers.Mol. Psychiatry.2004; 9 (8): 734—755.

50. Sherman W. R., Gish B. G., Honchar M. P., Munsell L. Y.Effects of lithium onphosphoinositide metabolismin vivo. Fed. Proc.1986; 45 (11): 2639—2646.

51. Martinez R. P., Raffa R. B.LiCl attenuates M(1)AChR-mediated intrathecal pilocarpine-induced reciprocal hindlimb scratching in mice.Pharmacology.2002; 65 (4): 210—214.

52. Williams R. S., Cheng L., Mudge A. W., Harwood A. J.A common mechanism of action for three mood-stabilizing drugs.Nature.2002; 417 (6886): 292—295.

53. Centeno F., Mora A., FuentesJ. M., Soler G., Claro E.Partial lithium-associated protection against apoptosis induced by C2—ceramide in cere-bellar granule neurons.Neuroreport.1998; 9 (18): 4199—4203.

54. Nonaka S., Hough C. J., Chuang D. M.Chronic lithium treatment robustly protects neurons in the central nervous system against excito-toxicity by inhibiting N-methyl-D-aspartate receptor-mediated calcium influx.Proc. Natl. Acad. Sci.USA. 1998; 95 (5): 2642—2647.

55. Nonaka S., Katsube N., Chuang D. M.Lithium protects rat cerebellar granule cells against apoptosis induced by anticonvulsants, phenytoin and carbamazepine.J. Pharmacol. Exp. Ther.1998; 286 (1): 539—547.

56. Hashimoto R., Hough C., Nakazawa T., Yamamoto T., Chuang D. M.Lithium protection against glutamate excitotoxicity in rat cerebral cortical neurons: involvement of NMDA receptor inhibition possibly by decreasing NR2B tyrosine phosphorylation.J. Neurochem.2002; 80 (4): 589—597.

57. Hashimoto R., Fujimaki K.,Jeong M. R., Christ L., Chuang D. M.Lithium-induced inhibition of Src tyrosine kinase in rat cerebral cortical neurons: a role in neuroprotection against N-methyl-D-aspartate receptor-mediated excitotoxicity.FEBS Lett.2003; 538 (1—3): 145—148.

58. Hashimoto R., Senatorov V., Kanai H., Leeds P., Chuang D. M.Lithium stimulates progenitor proliferation in cultured brain neurons.Neuroscience.2003; 117 (1): 55—61.

59. Liu Y., Zhang G., Gao C., Hou X.NMDA receptor activation results in tyrosine phosphorylation of NMDA receptor subunit 2A(NR2A) and interaction of Pyk2 and Src with NR2A after transient cerebral ischemia and reperfusion.Brain Res.2001; 909 (1—2): 51—58.

60. Takagi N., Shinno K., Teves L., Bissoon N., Wallace M. C., Gurd J. W.Transient ischemia differentially increases tyrosine phosphorylation of NMDA receptor subunits 2A and 2B.J. Neurochem.1997; 69 (3): 1060—1065.

61. Hou X. Y., Zhang G. Y., YanJ. Z.,Chen M., Liu Y. Activation of NMDA receptors and L-type voltage-gated calcium channels mediates enhanced formation of Fyn-PSD95—NR2A complex after transient brain ischemia.Brain Res.2002; 955 (1—2): 123—132.

62. Mielke K., Herdegen T.JNK and p38 stresskinases—degenerative effectors of signal-transduction-cascades in the nervous system.Prog. Neurobiol.2000; 61 (1): 45—60.

63. Shaulian E., Karin M.AP-1 as a regulator of cell life and death.Nat. Cell. Biol.2002; 4 (5): E131—E136.

64. Whitmarsh A. J., Davis R. J.Transcription factor AP-1 regulation by mitogen-activated protein kinase signal transduction pathways.J. Mol. Med. (Berl).1996; 74 (10): 589—607.

65. Chen R. W., Qin Z. H., Ren M., Kanai H., Chalecka-Franaszek E., Leeds P., Chuang D. M.Regulation of c-Jun N-terminal kinase, p38 kin4ase and AP-1 DNA binding in cultured brain neurons: roles in glutamate exci-totoxicity and lithium neuroprotection.J. Neurochem.2003; 84 (3):

66. —575.

67. Huang E. J., Reichardt L. F.Trk receptors: roles in neuronal signal trans-duction.Annu. Rev. Biochem.2003; 72: 609—642.

68. Brunet A., Datta S. R., Greenberg M. E.Transcription-dependent and — independent control of neuronal survival by the PI3K-Akt signaling pathway.Curr. Opin. Neurobiol.2001; 11 (3): 297—305.

69. Chang F., Steelman L. S., SheltonJ. G., LeeJ. T., Navolanic P. M., Blalock W. L., Franklin R., McCubrey J. A.Regulation of cell cycle progression and apoptosis by the Ras/Raf/MEK/ERK pathway.Int.J. Oncol.2003; 22 (3): 469—480.

70. Alessi D. R., Cohen P.Mechanism of activation and function of protein kinase B.Curr.Opin. Genet. Dev.1998; 8 (1): 55—62.

71. Neri L. M., Borgatti P., Capitani S., Martelli A. M.The nuclear phospho-inositide 3—kinase/AKT pathway: a new second messenger system.Biochim. Biophys. Acta.2002; 1584 (2—3): 73—80.

72. De Sarno P., Li X., Jope R. S.Regulation of Akt and glycogen synthase kinase-3 beta phosphorylation by sodium valproate and lithium.Neuropharmacology.2002; 43 (7): 1158—1164.

73. Fukumoto T., Morinobu S., Okamoto Y., Kagaya A., Yamawaki S.Chronic lithium treatment increases the expression of brain-derived neu-rotrophic factor in the rat brain.Psychopharmacology (Berl).2001; 158 (1): 100—106.

74. Yasuda S., Liang M. H., Marinova Z., Yahyavi A., Chuang D. M.The mood stabilizers lithium and valproate selectively activate the promoter IV of brain-derived neurotrophic factor in neurons.Mol. Psychiatry.2009; 14 (1): 51—59.

75. Hashimoto R., Takei N., Shimazu K., Christ L., Lu B., Chuang DM.Lithium induces brain-derived neurotrophic factor and activates TrkB in rodent cortical neurons: an essential step for neuroprotection against glutamate excitotoxicity.Neuropharmacology.2002; 43 (7): 1173—1179.

76. Kutcher M. E., Klagsbrun M., Mamluk R.VEGF is required for the maintenance of dorsal root ganglia blood vessels but not neurons during development.FASEBJ.2004; 18 (15): 1952—1954.

77. Hendrick J. P., Hartl F. U.Molecular chaperone functions of heat-shock proteins.Annu. Rev. Biochem.1993; 62: 349—384.

78. Bijur G. N., Jope R.. S.Opposing actions of phosphatidylinositol 3-kinase and glycogen synthase kinase-3beta in the regulation of HSF-1 activity.J. Neurochem.2000; 75 (6): 2401—2408.