nnpNeurology, Neuropsychiatry, PsychosomaticsНеврология, нейропсихиатрия, психосоматика2074-27112310-1342"IMA-Press", LLC10.14412/2074-2711-2023-1-36-42nnp-1951Research ArticleORIGINAL INVESTIGATIONSОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИКИGlioneuronal apoptosis and neuroinflammation in drug resistant temporal lobe epilepsyГлионейрональный апоптоз и нейровоспаление при фармакорезистентной височной эпилепсииhttps://orcid.org/0000-0003-3573-0874СоколоваТ. В.SokolovaT. V.

Татьяна Владиславовна Соколова

191014, Санкт-Петербург, ул. Маяковского, 12

Tatyana Vladislavovna Sokolova

191014, St. Petersburg, Mayakovsky St., 12

igh-lab@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7810-0832ЛитовченкоА. В.LitovchenkoA. V.

194223, Санкт-Петербург, пр. Тореза, 44

194223, St. Petersburg, Toreza Prosp., 44

https://orcid.org/0000-0001-5451-3555ПарамоноваН. М.ParamonovaN. M.

194223, Санкт-Петербург, пр. Тореза, 44

194223, St. Petersburg, Toreza Prosp., 44

https://orcid.org/0000-0002-1586-216XКасумовВ. Р.KasumovV. R.

194100, Санкт-Петербург, Литовская ул., 2

194100, St. Petersburg, Litovskaya St., 2

https://orcid.org/0000-0003-1469-5926КравцоваС. В.KravtsovaS. V.

191014, Санкт-Петербург, ул. Маяковского, 12

191014, St. Petersburg, Mayakovsky St., 12

НездоровинаВ. Г.NezdorovinaV. G.

191014, Санкт-Петербург, ул. Маяковского, 12

191014, St. Petersburg, Mayakovsky St., 12

https://orcid.org/0000-0001-9721-3827СитовскаяД. А.SitovskayaD. A.

191014, Санкт-Петербург, ул. Маяковского, 12

191014, St. Petersburg, Mayakovsky St., 12

https://orcid.org/0000-0001-7008-6389СкитеваЕ. Н.SkitevaE. N.

191014, Санкт-Петербург, ул. Маяковского, 12

191014, St. Petersburg, Mayakovsky St., 12

https://orcid.org/0000-0002-9763-504XБажановаЕ. Д.BazhanovaE. D.

194223, Санкт-Петербург, пр. Тореза, 44192019, Санкт-Петербург, ул. Бехтерева, 1

194223, St. Petersburg, Toreza Prosp., 44192019, St. Petersburg, Bekhtereva St., 1

https://orcid.org/0000-0001-6206-2133ЗабродскаяЮ. М.ZabrodskayaY. M.

191014, Санкт-Петербург, ул. Маяковского, 12192019, Санкт-Петербург, ул. Бехтерева, 1

191014, St. Petersburg, Mayakovsky St., 12192019, St. Petersburg, Bekhtereva St., 1

Российский научно-исследовательский нейрохирургический институт им. проф. А.Л. Поленова – филиал ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова»РоссияPolenov Neurosurgical Institute, Almazov National Medical CentreRussian FederationФГБУН «Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова» РАНРоссияSechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Russian Academy of ScienceRussian FederationФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет» Минздрава РоссииРоссияSaint Petersburg State Pediatric Medical University, Ministry of Health of RussiaRussian FederationФГБУН «Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова» РАН; ФГБУ «Научно-клинический центр токсикологии им. акад. С.Н. Голикова Федерального медико-биологического агентства»РоссияSechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Russian Academy of Science; Golikov Research Center of Toxicology, Federal Medical and Biological AgencyRussian FederationРоссийский научно-исследовательский нейрохирургический институт им. проф. А.Л. Поленова – филиал ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова»; ФГБУ «Научно-клинический центр токсикологии им. акад. С.Н. Голикова Федерального медико-биологического агентства»РоссияPolenov Neurosurgical Institute, Almazov National Medical Centre; Golikov Research Center of Toxicology, Federal Medical and Biological AgencyRussian Federation2023170220231513642Copyright © Sokolova T.V., Litovchenko A.V., Paramonova N.M., Kasumov V.R., Kravtsova S.V., Nezdorovina V.G., Sitovskaya D.A., Skiteva E.N., Bazhanova E.D., Zabrodskaya Y.M., 20232023Соколова Т.В., Литовченко А.В., Парамонова Н.М., Касумов В.Р., Кравцова С.В., Нездоровина В.Г., Ситовская Д.А., Скитева Е.Н., Бажанова Е.Д., Забродская Ю.М.Sokolova T.V., Litovchenko A.V., Paramonova N.M., Kasumov V.R., Kravtsova S.V., Nezdorovina V.G., Sitovskaya D.A., Skiteva E.N., Bazhanova E.D., Zabrodskaya Y.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nnp.ima-press.net/nnp/article/view/1951

The study of glioneuronal apoptosis and neuroinflammation is extremely important for understanding the causes of epilepsy. Currently, the focus is on neuronal apoptosis and certain aspects of neuroinflammation, while glial apoptosis remains poorly understood.Objective: to evaluate neuronal and glial apoptosis in conjunction with neuroinflammation in the area of the epileptic focus in patients with focal drug-resistant epilepsy (DRE).Material and methods. Biopsy specimens of the cortex and white matter of the temporal lobe of the brain from 30 patients with focal DRE due to focal cortical dysplasia were studied. We evaluated pathological changes and structural signs of apoptosis, levels of apoptotic and pro-inflam-matory factors such as caspase-3, caspase-9, FAS, FAS ligand (FAS-L), tumor necrosis factor α (TNFα), p53, nuclear factor κB (NF-κB). Histological methods, transmission electron microscopy (TEM), immunohistochemical study (IHC), and Western blot (WB) were used. The comparison group consisted of 21 people without epilepsy and brain involvement.Results. In DRE patients IHC revealed the expression of active caspase-3 in single neurons (20% of cases) and in gliocytes of the cerebral cortex and white matter (100% of cases). TEM revealed ultrastructural signs of apoptosis in all cases in neurons and oligodendrocytes. The WB of the epileptic focus showed an increased expression of the apoptotic factors caspase-9, FAS, p53 and pro-inflammatory factors TNFα, NF-κB.Conclusion. The results obtained indicate the presence of associated apoptosis and neuroinflammation processes of in DRE. Glial apoptosis is actively involved in epileptogenesis. The main part of apoptotic glia is oligodendrocytes, which explains the well-known phenomenon of myelin damage in epilepsy. Along with neuronal apoptosis, oligodendrocyte apoptosis together with neuroinflammation forms a self-sustaining pathological focus, which contributes to the progression of the disease and the occurrence of relapses.

Изучение глионейронального апоптоза и нейровоспаления крайне важно для понимания причин развития эпилепсии. В настоящее время основное внимание уделяется нейрональному апоптозу и отдельным аспектам нейровоспаления, в то время как апоптоз глии остается малоизученным.Цель исследования – оценить нейрональный и глиальный апоптоз в сопряжении с нейровоспалением в области эпилептического очага у пациентов с фокальной фармакорезистентной эпилепсией (ФРЭ).Материал и методы. Изучены биоптаты коры и белого вещества височной доли головного мозга от 30 пациентов с фокальной ФРЭ, обусловленной фокальной кортикальной дисплазией. Оценены патологические изменения и структурные признаки апоптоза, уровни апоптотических и провоспалительных факторов, таких как каспаза-3, каспаза-9, FAS, FAS-лиганд (FAS-L), фактор некроза опухоли α (ФНОα), p53, ядерный фактор κB (NF-κB). Использованы гистологические методы, трансмиссионная электронная микроскопия (ТЭМ), иммуногистохимическое исследование (ИГХ) и вестерн-блот (ВБ). Группу сравнения составил 21 человек без эпилепсии и поражения головного мозга.Результаты. ИГХ выявила экспрессию активной каспазы-3 в единичных нейронах (20% случаев) и в глиоцитах коры головного мозга и белого вещества (100% случаев) у пациентов с ФРЭ. При ТЭМ ультраструктурные признаки апоптоза обнаружены во всех случаях в нейронах и олигодендроцитах. ВБ эпилептического очага показал повышенную экспрессию факторов апоптоза каспазы-9, FAS, p53 и провоспалительных факторов ФНОα, NF-κB.Заключение. Полученные результаты указывают на наличие сопряженных процессов апоптоза и нейровоспаления при ФРЭ. Показано активное участие апоптоза глии в эпилептогенезе. Oсновную часть апоптотической глии составляют олигодендроциты, что объясняет известный феномен повреждения миелина при эпилепсии. Наряду с апоптозом нейронов, олигодендроцитарный апоптоз совместно с нейровоспалением формирует самоподдерживающийся патологический очаг, что способствует прогрессированию заболевания и возникновению рецидивов.

фармакорезистентная эпилепсияапоптознейроныолигодендроглияглиякаспаза-3ультраструктуранейровоспалениеdrug resistant epilepsyapoptosisneuronsoligodendrogliagliacaspase-3ultrastructureneuroinflammationРабота выполнена по государственному заданию Минздрава России НМИЦ им. В.А. Алмазова №122041500057-1 и при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №20-015-00127), государственного задания ИЭФБ РАН, на оборудовании ЦКП ИЭФБ РАН.The work was carried out according to the government program of the Ministry of Health of Russia by Almazov National Medical Centre No. 122041500057-1 and with the support of the Russian Foundation for Basic Research (project No. 20-015-00127), the government program IEPhB RAS, using the equipment of the Center for Collective Use of the IEPhB RAS.ReferencesGidal BE, Ferry J, Reyderman L, et al. Use of extended-release and immediate-release anti-seizure medications with a long half-life to improve adherence in epilepsy: A guide for clinicians. Epilepsy Behav. 2021 Jul;120:107993. doi:10.1016/j.yebeh.2021.107993Gidal BE, Ferry J, Reyderman L, et al. Use of extended-release and immediate-release anti-seizure medications with a long half-life to improve adherence in epilepsy: A guide for clinicians. Epilepsy Behav. 2021 Jul;120:107993. doi:10.1016/j.yebeh.2021.107993Junhong W, Jiyuan L, Wei J, et al. Valproic acid-induced encephalopathy: A review of clinical features, risk factors, diagnosis, and treatment. Epilepsy Behav. 2021 May;120:107967. doi:10.1016/j.yebeh.2021.10796Junhong W, Jiyuan L, Wei J, et al. Valproic acid-induced encephalopathy: A review of clinical features, risk factors, diagnosis, and treatment. Epilepsy Behav. 2021 May;120:107967. doi:10.1016/j.yebeh.2021.10796Одинцова ГВ, Курабаев АК, Нездоровина ВГ. Хирургическое лечение височной эпилепсии: проблемы и эффективность (на примере клинического случая). Эпилепсия и пароксизмальные состояния. 2017;9(2):41-9. doi:10.17749/2077-8333.2017.9.2.041-049Odintsova GV, Kuralbaev AK, Nezdorovina VG, et al. Surgical treatment of temporal epilepsia: problems and effectiveness (a clinical case). Epilepsiya i paroksizmal'nye sostoyaniya = Epilepsy and paroxysmal conditions. 2017;9(2):41-9. doi:10.17749/2077-8333.2017.9.2.041-049 (In Russ).Schmeiser B, Wagner K, Schulze-Bonhage A, et al. Treatment of Mesiotemporal Lobe Epilepsy: Which Approach is Favorable? Neurosurgery. 2017 Dec;81(6):992-1004. doi:10.1093/neuros/nyx138Schmeiser B, Wagner K, Schulze-Bonhage A, et al. Treatment of Mesiotemporal Lobe Epilepsy: Which Approach is Favorable? Neurosurgery. 2017 Dec;81(6):992-1004. doi:10.1093/neuros/nyx138Sazhina TA, Sitovskaya DA, Zabrodskaya YM, et al. Functional Imbalance of Glutamate- and GABAergic Neuronal Systems in the Pathogenesis of Focal DrugResistant Epilepsy in Humans. Bull Exp Biol Med. 2020 Feb;168(4):529-32. doi:10.1007/s10517-020-04747-3Sazhina TA, Sitovskaya DA, Zabrodskaya YM, et al. Functional Imbalance of Glutamate- and GABAergic Neuronal Systems in the Pathogenesis of Focal DrugResistant Epilepsy in Humans. Bull Exp Biol Med. 2020 Feb;168(4):529-32. doi:10.1007/s10517-020-04747-3Sloviter RS. Progress on the issue of excitotoxic injury modifi cation vs. real neuroprotection; implications for post-traumatic epilepsy. Neuropharmacology. 2011 OctNov;61(5-6):1048-50. doi:10.1016/j.neuropharm.2011.07.038Sloviter RS. Progress on the issue of excitotoxic injury modifi cation vs. real neuroprotection; implications for post-traumatic epilepsy. Neuropharmacology. 2011 OctNov;61(5-6):1048-50. doi:10.1016/j.neuropharm.2011.07.038Cоколова ТВ, Забродская ЮМ, Парамонова НМ и др. Апоптоз клеток головного мозга в эпилептических очагах при фармакорезистентной височной эпилепсии. Трансляционная медицина. 2017;4(6):22-33. doi:10.18705/2311-4495-2017-4-6-22-33Sokolova TV, Zabrodskaya YuM, Paramonova NM, et al. Apoptosis of brain cells in epileptic focus at drug-resistant temporal lobe epilepsy. Translyatsionnaya meditsina = Translational Medicine. 2017;4(6):22-33. doi:10.18705/2311-4495-2017-4-6-22-33 (In Russ).Bedner P, Dupper A, Huttmann K, et al. Astrocyte uncoupling as a cause of human temporal lobe epilepsy. Brain. 2015 May;138(5):1208-22. doi:10.1093/brain/awv067Bedner P, Dupper A, Huttmann K, et al. Astrocyte uncoupling as a cause of human temporal lobe epilepsy. Brain. 2015 May;138(5):1208-22. doi:10.1093/brain/awv067Narkilahti S, PirttilК TJ, Lukasiuk K, et al. Expression and activation of caspase 3 following status epilepticus in the rat. Eur J Neurosci. 2003 Sep;18(6):1486-96. doi:10.1046/j.1460-9568.2003.02874.xNarkilahti S, PirttilК TJ, Lukasiuk K, et al. Expression and activation of caspase 3 following status epilepticus in the rat. Eur J Neurosci. 2003 Sep;18(6):1486-96. doi:10.1046/j.1460-9568.2003.02874.xLuo X, Li Z, Zhao J, et al. Fyn gene silencing reduces oligodendrocytes apoptosis through inhibiting ERK1/2 phosphorylation in epilepsy. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2020 Dec;48(1):298-304. doi:10.1080/21691401.2019.1671428Luo X, Li Z, Zhao J, et al. Fyn gene silencing reduces oligodendrocytes apoptosis through inhibiting ERK1/2 phosphorylation in epilepsy. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2020 Dec;48(1):298-304. doi:10.1080/21691401.2019.1671428Henshall DC, Engel T. Contribution of apoptosis-associated signaling pathways to epileptogenesis: lessons from Bcl-2 family knockouts. Front Cell Neurosci. 2013 Jul;7:110. doi:10.3389/fncel.2013.00110Henshall DC, Engel T. Contribution of apoptosis-associated signaling pathways to epileptogenesis: lessons from Bcl-2 family knockouts. Front Cell Neurosci. 2013 Jul;7:110. doi:10.3389/fncel.2013.00110Henshall DC, Simon RP. Epilepsy and apoptosis pathways. J Cereb Blood Flow Metab. 2005 Dec;25(12):1557-72. doi:10.1038/sj.jcbfm.9600149Henshall DC, Simon RP. Epilepsy and apoptosis pathways. J Cereb Blood Flow Metab. 2005 Dec;25(12):1557-72. doi:10.1038/sj.jcbfm.9600149Litovchenko AV, Zabrodskaya YuM, Sitovskaya DA, et al. Markers of neuroinflammation and apoptosis in the temporal lobe of patients with drug-resistent epilepsy. J Evol Biochem Phys. 2021 Sep;57(5):1040-49. doi:10.1134/S0022093021050069Litovchenko AV, Zabrodskaya YuM, Sitovskaya DA, et al. Markers of neuroinflammation and apoptosis in the temporal lobe of patients with drug-resistent epilepsy. J Evol Biochem Phys. 2021 Sep;57(5):1040-49. doi:10.1134/S0022093021050069Engel T, Henshall DC. Apoptosis, Bcl-2 family proteins and caspases: the ABCs of seizure-damage and epileptogenesis. Int J Physiol Pathophysiol Pharmacol. 2009 Mar;1(2):97-115.Engel T, Henshall DC. Apoptosis, Bcl-2 family proteins and caspases: the ABCs of seizure-damage and epileptogenesis. Int J Physiol Pathophysiol Pharmacol. 2009 Mar;1(2):97-115.Xu D, Robinson AP, Ishii T, et al. Peripherally derived T regulatory and γδ T cells have opposing roles in the pathogenesis of intractable pediatric epilepsy. J Exp Med. 2018 Apr;215(4):1169-86. doi:10.1084/jem.20171285Xu D, Robinson AP, Ishii T, et al. Peripherally derived T regulatory and γδ T cells have opposing roles in the pathogenesis of intractable pediatric epilepsy. J Exp Med. 2018 Apr;215(4):1169-86. doi:10.1084/jem.20171285Hu X, Wang JY, Gu R, et al. The relationship between the occurrence of intractable epilepsy with glial cells and myelin sheath – an experimental study. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2016 Nov;20(21):4516-24.Hu X, Wang JY, Gu R, et al. The relationship between the occurrence of intractable epilepsy with glial cells and myelin sheath – an experimental study. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2016 Nov;20(21):4516-24.Lapato AS, Szu JI, Hasselmann JPC, et al. Chronic demyelination-induced seizures. Neuroscience. 2017 Mar;27:409-22. doi:10.1016/j.neuroscience.2017.01.035Lapato AS, Szu JI, Hasselmann JPC, et al. Chronic demyelination-induced seizures. Neuroscience. 2017 Mar;27:409-22. doi:10.1016/j.neuroscience.2017.01.035Ситовская ДА, Забродская ЮМ, Соколова ТВ и др. Структурная гетерогенность эпилептических очагов при локальной фармакорезистентной эпилепсии. Архив патологии. 2020;82(6):5-15. doi:10.17116/patol2020820615Sitovskaya DA, Zabrodskaya YuM, Sokolova TV, et al. Structural heterogeneity of epileptic foci in local drug-resistant epilepsy. Arkhiv patologii. 2020;82(6):5-15. doi:10.17116/patol2020820615 (In Russ.).Luo Y, Hu O, Zhang Q, et al. Alterations in hippocampal myelin and oligodendrocyte precursor cells during epileptogenesis. Brain Res. 2015 Nov;1627:154-64. doi:10.1016/j.brainres.2015.09.027Luo Y, Hu O, Zhang Q, et al. Alterations in hippocampal myelin and oligodendrocyte precursor cells during epileptogenesis. Brain Res. 2015 Nov;1627:154-64. doi:10.1016/j.brainres.2015.09.027Гайкова ОН, Суворов АВ, Парамонова НМ. Значение повреждения белого вещества головного мозга в патогенезе локально обусловленной эпилепсии. Российский нейрохирургический журнал им. проф. А.Л. Поленова. 2011;3(1):19-24.Gaikova ON, Suvorov AV, Paramonova NM. Significance of cerebral white matter damage in pathogenesis of localisationrelated epilepsy. Rossiiskii neirokhirurgicheskii zhurnal im. prof. A.L. Polenova = Russian Neurosurgical Journal named after professor A.L. Polenov. 2011;3(1):19-24 (In Russ.).Kiray H, Lindsay SL, Hosseinzadeh S, et al. The multifaceted role of astrocytes in regulating myelination. Exp Neurol. 2016 Sep;283:541-9. doi:10.1016/j.expneurol.2016.03.009Kiray H, Lindsay SL, Hosseinzadeh S, et al. The multifaceted role of astrocytes in regulating myelination. Exp Neurol. 2016 Sep;283:541-9. doi:10.1016/j.expneurol.2016.03.009Greene LA, Liu DX, Troy CM, et al. Cell cycle molecules define a pathway required for neuron death in development and disease. Biochim. Biophys. Acta. 2007 Apr;1772(4):392-401. doi:10.1016/j.bbadis.2006.12.003Greene LA, Liu DX, Troy CM, et al. Cell cycle molecules define a pathway required for neuron death in development and disease. Biochim. Biophys. Acta. 2007 Apr;1772(4):392-401. doi:10.1016/j.bbadis.2006.12.003Mussbacher M, Salzmann M, Brostjan C, et al. Cell Type-Specific Roles of NF-κB Linking Inflammation and Thrombosis. Front Immunol. 2019 Feb;10:85. doi:10.3389/fimmu.2019.00085Mussbacher M, Salzmann M, Brostjan C, et al. Cell Type-Specific Roles of NF-κB Linking Inflammation and Thrombosis. Front Immunol. 2019 Feb;10:85. doi:10.3389/fimmu.2019.00085Perez-Figueroa E, Alvarez-Carrasco P, Ortega E, et al. Neutrophils: many ways to die. Front Immunol. 2021 Mar;12:631821. doi:10.3389/fimmu.2021.631821Perez-Figueroa E, Alvarez-Carrasco P, Ortega E, et al. Neutrophils: many ways to die. Front Immunol. 2021 Mar;12:631821. doi:10.3389/fimmu.2021.631821Cергеева СП, Савин АА, Литвицкий ПФ. Роль системы Fas в патогенезе ишемического инсульта. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С.Корсакова. 2016;116(3):3-8. doi:10.17116/jnevro2016116323-8Sergeeva SP, Savin AA, Litvitskiy PF. A role of the Fas system in the pathogenesis of ischemic stroke. Zhurnal nevrologii i psikhiatrii imeni S.S. Korsakova = S.S. Korsakov Journal of Neurology and Psychiatry. 2016;116(3):3-8. doi:10.17116/jnevro2016116323-8 (In Russ.).Rana A, Musto AE. The role of inflammation in the development of epilepsy. J Neuroinflam. 2018 May;15(1):144. doi:10.1186/s12974-018-1192-7Rana A, Musto AE. The role of inflammation in the development of epilepsy. J Neuroinflam. 2018 May;15(1):144. doi:10.1186/s12974-018-1192-7Lavrik IN, Krammer PH. Regulation of CD95/Fas signaling at the DISC. Cell Death Differ. 2012 Jan;19(1):36-41. doi:10.1038/cdd.2011.155Lavrik IN, Krammer PH. Regulation of CD95/Fas signaling at the DISC. Cell Death Differ. 2012 Jan;19(1):36-41. doi:10.1038/cdd.2011.155Prescott JA, Mitchell JP, Cook SJ. Inhibitory feedback control of NF-κB signalling in health and disease. Biochem J. 2021 Jul;478(13):2619-64. doi:10.1042/BCJ20210139Prescott JA, Mitchell JP, Cook SJ. Inhibitory feedback control of NF-κB signalling in health and disease. Biochem J. 2021 Jul;478(13):2619-64. doi:10.1042/BCJ20210139

The authors declare that there are no conflicts of interest present.