Поиск терапевтического окна для применения интраназально вводимого инсулина у крыс с церебральной ишемией и изучение механизмов его нейропротекторного действия
- Авторы: Зорина И.И.1, Печальнова А.С.1, Черненко Е.Е.1, Аврова Д.К.1, Деркач К.В.1, Шпаков А.О.1
-
Учреждения:
- Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
- Выпуск: Том 111, № 6 (2025)
- Страницы: 957-975
- Раздел: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
- URL: https://rjdentistry.com/0869-8139/article/view/687415
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0869813925060092
- EDN: https://elibrary.ru/TEPHHC
- ID: 687415
Цитировать
Аннотация
Ишемия головного мозга представляет собой значимую медико-социальную проблему, вследствие чего актуальной является разработка эффективных нейропротекторов для ее коррекции. Поскольку ишемия мозга имеет сложный патогенез с длительным восстановительным периодом, то наибольший интерес представляют препараты с плейотропным действием, в том числе интраназально вводимый инсулин (ИВИ), который, поступая в мозг, через центральные механизмы регулирует метаболизм, оказывает нейропротекторное и нейромодуляторное воздействие. ИВИ эффективен при нейродегенеративных заболеваниях, но данные о его нейропротекторном эффекте при церебральной ишемии фрагментарны. Целью работы был поиск “терапевтического окна” и оценка механизмов нейропротекторного эффекта ИВИ при его использовании у крыс с церебральной ишемией. ИВИ вводили крысам, перенесшим двухсосудистую ишемию переднего мозга, через 2 и 4 ч после эпизода ишемии в дозе 0.5 МЕ/крыса/сутки и далее ежедневно в течение 7 дней постишемического периода. Показано, что ИВИ более эффективен при обработке через 2 ч после ишемического эпизода в сравнении с его введением через 4 ч, несмотря на последующее семидневное введение. При введении через 2 ч ИВИ поддерживает экспрессию генов инсулинового сигналинга в гиппокампе. Он нормализует количество клеток в СА1-области гиппокампа, стимулирует экспрессию гена антиапоптотического белка Bcl-2 и снижает экспрессию генов Gfap и Aif1, маркеров астроцитов и микроглии, что свидетельствует о его противовоспалительном эффекте. Обнаружено, что ИВИ стимулирует активность тиреоидной системы, препятствуя развитию постишемического гипотиреоза, что также может вносить вклад в ИВИ-опосредуемую нейропротекцию. Все эти эффекты были слабо выражены или не выявлялись при введении ИВИ через 4 ч после ишемии. Таким образом, нами впервые описано “терапевтическое окно” для применения ИВИ при церебральной ишемии и оценены некоторые механизмы его нейропротекторного действия. Полученные данные открывают перспективы для разработки новых стратегий нейропротекции при ишемии мозга.
Ключевые слова
Полный текст

Об авторах
И. И. Зорина
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: zorina.inna.spb@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
А. С. Печальнова
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: zorina.inna.spb@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
Е. Е. Черненко
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: zorina.inna.spb@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
Д. К. Аврова
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: zorina.inna.spb@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
К. В. Деркач
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: zorina.inna.spb@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
А. О. Шпаков
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук
Email: zorina.inna.spb@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
Список литературы
- Feigin VL, Brainin M, Norrving B, Martins SO, Pandian J, Lindsay P, Grupper M, Rautalin I (2025) World Stroke Organization: Global Stroke Fact Sheet 2025. Int J Stroke 20: 132–144. https://doi.org/10.1177/17474930241308142
- Khoshnam SE, Winlow W, Farzaneh M, Farbood Y, Moghaddam HF (2017) Pathogenic mechanisms following ischemic stroke. Neurol Sci 38: 1167–1186. https://doi.org/10.1007/s10072-017-2938-1
- Alsbrook DL, Di Napoli M, Bhatia K, Biller J, Andalib S, Hinduja A, Rodrigues R, Rodriguez M, Sabbagh SY, Selim M, Farahabadi MH, Jafarli A, Divani AA (2023) Neuroinflammation in Acute Ischemic and Hemorrhagic Stroke. Curr Neurol Neurosci Rep 23: 407–431. https://doi.org/10.1007/s11910-023-01282-2
- Liddelow SA, Barres BA (2017) Reactive astrocytes: Рroduction, function, and therapeutic potential. Immunity 46: 957–967. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2017.06.006
- Linnerbauer M, Wheeler MA, Quintana FJ (2020) Astrocyte crosstalk in CNS inflammation. Neuron 108: 608–622. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.08.012
- Sidorov E, Paul A, Xu C, Nouh CD, Chen A, Gosmanova A, Gosmanov N, Gordon DL, Baranskaya I, Chainakul J, Hamilton R, Mdzinarishvili A (2023) Decrease of thyroid function after ischemic stroke is related to stroke severity. Thyroid Res 16: 28. https://doi.org/10.1186/s13044-023-00160-w
- Shafia S, Khoramirad A, Akhoundzadeh K (2024) Thyroid hormones and stroke, the gap between clinical and experimental studies. Brain Res Bull 213: 110983. https://doi.org/ 10.1016/j.brainresbull.2024.110983
- Mancini A, Di Segni C, Raimondo S, Olivieri G, Silvestrini A, Meucci E, Currò D (2016) Thyroid Hormones, Oxidative Stress, and Inflammation. Mediat Inflamm 2016: 6757154. https://doi.org/10.1155/2016/6757154
- Powers WJ, Rabinstein AA, Ackerson T, Adeoye OM, Bambakidis NC, Becker K, Biller J, Brown M, Demaerschalk BM, Hoh B, Jauch EC, Kidwell CS, Leslie-Mazwi TM, Ovbiagele B, Scott PA, Sheth KN, Southerland AM, Summers DV, Tirschwell DL (2019) Guidelines for the Early Management of Patients With Acute Ischemic Stroke: 2019 Update to the 2018 Guidelines for the Early Management of Acute Ischemic Stroke: A Guideline for Healthcare Professionals From the American Heart Association/American Stroke Association. Stroke 50: e344–e418. https://doi.org/10.1161/STR.0000000000000211
- Savitz SI, Baron JC, Fisher M, STAIR X Consortium (2019) Stroke Treatment Academic Industry Roundtable X: Brain Cytoprotection Therapies in the Reperfusion Era. Stroke 50: 1026–1031. https://doi.org/10.1161/STROKEAHA.118.023927
- Agrawal R, Reno CM, Sharma S, Christensen C, Huang Y, Fisher SJ (2021) Insulin action in the brain regulates both central and peripheral functions. Am J Physiol Endocrin Metab 321: E156–E163. https://doi.org/10.1152/ajpendo.00642.2020
- Shpakov AO, Zorina II, Derkach KV (2022) Hot Spots for the Use of Intranasal Insulin: Cerebral Ischemia, Brain Injury, Diabetes Mellitus, Endocrine Disorders and Postoperative Delirium. Int J Mol Sci 24: 3278. https://doi.org/10.3390/ijms24043278
- Zorina II, Avrova NF, Zakharova IO, Shpakov AO (2023) Prospects for the Use of Intranasally Administered Insulin and Insulin-Like Growth Factor-1 in Cerebral Ischemia. Biochemistry (Mosc) 88: 374–391. https://doi.org/10.1134/S0006297923030070
- Zakharova IO, Bayunova LV, Avrova DK, Tretyakova AD, Shpakov AO, Avrova NF (2024) The Autophagic and Apoptotic Death of Forebrain Neurons of Rats with Global Brain Ischemia Is Diminished by the Intranasal Administration of Insulin: Possible Mechanism of Its Action. Curr Issues Mol Biol 46: 6580–6599. https://doi.org/10.3390/cimb46070392
- Zorina II, Zakharova IO, Bayunova LV, Avrova NF (2018) Insulin Administration Prevents Accumulation of Conjugated Dienes and Trienes and Inactivation of Na+, K+-ATPase in the Rat Cerebral Cortex during Two-Vessel Forebrain Ischemia and Reperfusion. J Evol Biochem Phys 54: 246–249. https://doi.org/10.1134/S0022093018030109
- Song Y, Ding W, Bei Y, Xiao Y, Tong HD, Wang LB, Ai LY (2018) Insulin is a potential antioxidant for diabetes-associated cognitive decline via regulating Nrf2 dependent antioxidant enzymes. Biomed Pharmacother 104: 474–484. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2018.04.097
- Simon KU, Neto EW, Tramontin NDS, Canteiro PB, Pereira BDC, Zaccaron RP, Silveira PCL, Muller AP (2020) Intranasal insulin treatment modulates the neurotropic, inflammatory, and oxidant mechanisms in the cortex and hippocampus in a low-grade inflammation model. Peptides 123: 170175. https://doi.org/10.1016/j.peptides.2019.170175
- Brabazon F, Wilson CM, Jaiswal S, Reed J, Frey WHN, Byrnes KR (2017) Intranasal insulin treatment of an experimental model of moderate traumatic brain injury. J Cereb Blood Flow Metab 37: 3203–3218. https://doi.org/10.1177/0271678X16685106
- Guo J, Dhaliwall JK, Chan KK, Ghanim H, Al Koudsi N, Lam L, Madadi G, Dandona P, Giacca A, Bendeck MP (2013) In vivo Effect of Insulin to Decrease Matrix Metalloproteinase-2 and -9 Activity after Arterial Injury. J Vasc Res 50: 279–288. https://doi.org/10.1159/000351611
- Xu LB, Huang HD, Zhao M, Zhu GC, Xu Z (2021) Intranasal Insulin Treatment Attenuates Metabolic Distress and Early Brain Injury After Subarachnoid Hemorrhage in Mice. Neurocrit Care 2021 34: 154–166. https://doi.org/10.1007/s12028-020-01011-4
- Zorina II, Pechalnova AS, Chernenko EE, Derkach KV, Shpakov AO (2024) Effect of Intranasal Insulin on Metabolic Parameters and Inflammation Factors in Diabetic Rats Exposed to Cerebral Ischemia-Reperfusion. J Evol Biochem Phys 60: 1095–1107. https://doi.org/10.1134/S0022093024030190
- Dandona P, Aljada A, Mohanty P, Ghanim H, Bandyopadhyay A, Chaudhuri A (2003) Insulin suppresses plasma concentration of vascular endothelial growth factor and matrix metalloproteinase-9. Diabetes Care 26: 3310–3314. https://doi.org/10.2337/diacare.26.12.3310
- Hallschmid M (2021) Intranasal insulin. J Neuroendocrinol 33: e12934. https://doi.org/10.1111/jne.12934
- Novak V, Mantzoros CS, Novak P, McGlinchey R, Dai W, Lioutas V, Buss S, Fortier CB, Khan F, Aponte Becerra L, Ngo LH (2022) MemAID: Memory advancement with intranasal insulin vs. placebo in type 2 diabetes and control participants: А randomized clinical trial. J Neurol 269: 4817–4835. https://doi.org/10.1007/s00415-022-11119-6
- Picone P, Sabatino MA, Ditta LA, Amato A, San Biagio PL, Mulè F, Giacomazza D, Dispenza C, Di Carlo M (2018) Nose-to-brain delivery of insulin enhanced by a nanogel carrier. J Control Release 270: 23–36. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2017.11.040
- Fan LW, Carter K, Bhatt A, Pang Y (2019) Rapid transport of insulin to the brain following intranasal administration in rats. Neural Regen Res 14: 1046–1051. https://doi.org/10.4103/1673-5374.250624
- Zhu Y, Huang Y, Yang J, Tu R, Zhang X, He WW, Hou CY, Wang XM, Yu JM, Jiang GH (2022) Intranasal insulin ameliorates neurological impairment after intracerebral hemorrhage in mice. Neural Regen Res 17: 210–216. https://doi.org/10.4103/1673-5374.314320
- Smith CJ, Sims SK, Nguyen S, Williams A, McLeod T, Sims-Robinson C (2023) Intranasal insulin helps overcome brain insulin deficiency and improves survival and post-stroke cognitive impairment in male mice. J Neurosci Res 101: 1757–1769. https://doi.org/10.1002/jnr.25237
- Raval AP, Liu C, Hu BR (2009) Rat Model of Global Cerebral Ischemia: The Two-Vessel Occlusion (2VO) Model of Forebrain Ischemia. In: Chen J, Xu ZC, Xu XM, Zhang JH (eds) Animal Models of Acute Neurological Injuries. Springer Protocols Handbooks. Hum Press. https://doi.org/10.1007/978-1-60327-185-1_7
- Paxinos G, Watson C (2007) The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. 6th Edition, Acad Press, San Diego. (No. of pages: 456 Language: English Edition: 6 Published: November 2, 2006 Imprint: Acad Press. eBook ISBN: 9780080475134.
- Schmittgen TD, Livak KJ (2008) Analyzing real-time PCR data by the comparative C(T) method. Nat Protoc 3: 1101–1108. https://doi.org/10.1038/nprot.2008.73
- Qin C, Yang S, Chu YH, Zhang H, Pang XW, Chen L, Zhou LQ, Chen M, Tian DS, Wang W (2022) Signaling pathways involved in ischemic stroke: Мolecular mechanisms and therapeutic interventions. Signal Transduct Target Ther 7: 215. https://doi.org/10.1038/s41392-022-01064-1
- Lin S, Fan LW, Rhodes PG, Cai Z (2009) Intranasal administration of IGF-1 attenuates hypoxic–ischemic brain injury in neonatal rats. Exp Neurol 217: 361–370. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2009.03.021
- Lin S, Rhodes PG, Cai Z (2011) Whole body hypothermia broadens the therapeutic window of intranasally administered IGF-1 in a neonatal rat model of cerebral hypoxia-ischemia. Brain Res 18: 246–256. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2011.02.013
- Ding PF, Zhang HS, Wang J, Gao YY, Mao JN, Hang CH, Li W (2022) Insulin resistance in ischemic stroke: Mechanisms and therapeutic approaches. Front Endocrinol (Lausanne) 13: 1092431. https://doi.org/10.3389/fendo.2022.1092431
- Zorina II, Shpakov AO (2024) Brain Insulin Resistance in Neurological Disorders of Various Genesis: Current State and Treatment Approaches. Neurochem J 18: 603–616. https://doi.org/10.1134/S1819712424700247
- Saleem S, Wang D, Zhao T, Sullivan RD, Reed GL (2021) Matrix Metalloproteinase-9 Expression is Enhanced by Ischemia and Tissue Plasminogen Activator and Induces Hemorrhage, Disability and Mortality in Experimental Stroke. Neuroscience 460: 120–129. https://doi.org/ 10.1016/j.neuroscience.2021.01.003
- Turner RJ, Sharp FR (2016) Implications of MMP9 for Blood Brain Barrier Disruption and Hemorrhagic Transformation Following Ischemic Stroke. Front Cell Neurosci 10: 56. https://doi.org/10.3389/fncel.2016.00056
- Zakharova IO, Sokolova TV, Bayunova LV, Zorina II, Rychkova MP, Shpakov AO, Avrova NF (2019) The Protective Effect of Insulin on Rat Cortical Neurons in Oxidative Stress and Its Dependence on the Modulation of Akt, GSK-3beta, ERK1/2, and AMPK Activities. Int J Mol Sci 20: 3702. https://doi.org/10.3390/ijms20153702
- Tuwar MN, Chen W-H, Chiwaya AM, Yeh H-L, Nguyen MH, Bai C-H (2023) Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) and Translocator Protein (TSPO) as Diagnostic Biomarkers for Acute Ischemic Stroke. Diagnostics 13: 2298. https://doi.org/10.3390/diagnostics13132298
- Jiang X, Xing H, Wu J, Du R, Liu H, Chen J, Wang J, Wang C, Wu Y (2017) Prognostic value of thyroid hormones in acute ischemic stroke – a metaanalysis. Sci Rep 7: 16256. https://doi.org/10.1038/s41598-017-16564-2. Erratum in: Sci Rep 8: 6651. https://doi.org/10.1038/s41598-018-24995-8
- Sahoo JP, Selviambigapathy J, Kamalanathan S, Nagarajan K, Vivekanandan M (2016) Effect of steroid replacement on thyroid function and thyroid autoimmunity in Addison's disease with primary hypothyroidism. Indian J Endocrinol Metab 20: 162–166. https://doi.org/10.4103/2230-8210.176356
- Murolo M, Di Vincenzo O, Cicatiello AG, Scalfi L, Dentice M (2022) Cardiovascular and Neuronal Consequences of Thyroid Hormones Alterations in the Ischemic Stroke. Metabolites 13: 22. https://doi.org/10.3390/metabo13010022
- Chong AC, Vogt MC, Hill AS, Brüning JC, Zeltser LM (2014) Central insulin signaling modulates hypothalamus-pituitary-adrenal axis responsiveness. Mol Metab 4: 83–92. https://doi.org/10.1016/j.molmet.2014.12.001
- Derkach KV, Bogush IV, Berstein LM, Shpakov AO The influence of intranasal insulin on hypothalamic-pituitary-thyroid axis in normal and diabetic rats. Horm Metab Res 47: 916–924. https://doi.org/10.1055/s-0035-1547236
- Kouidhi S, Clerget-Froidevaux MS (2018) Integrating Thyroid Hormone Signaling in Hypothalamic Control of Metabolism: Crosstalk Between Nuclear Receptors. Int J Mol Sci 19: 2017. https://doi.org/10.3390/ijms19072017
- Sadana P, Coughlin L, Burke J, Woods R, Mdzinarishvili A (2015) Anti-edema action of thyroid hormone in MCAO model of ischemic brain stroke: Possible association with AQP4 modulation. J Neurol Sci 354: 37–45. https://doi.org/10.1016/j.jns.2015.04.042
- Bernal J (2017) Thyroid hormone regulated genes in cerebral cortex development. J Endocrinol 232: R83–R97. https://doi.org/10.1530/JOE-16-0424
- Hayes CA, Valcarcel-Ares MN, Ashpole NM (2021) Preclinical and clinical evidence of IGF-1 as a prognostic marker and acute intervention with ischemic stroke. J Cereb Blood Flow Metab 41: 2475–2491. https://doi.org/10.1177/0271678X211000894
Дополнительные файлы
