МЕДЛАЙН.РУ
Содержание журнала

Архив

Редакция
Учредители

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт теоретической и экспериментальной биофизики
Российской академии наук


ООО "ИЦ КОМКОН"

Адрес редакции и реквизиты

192012, Санкт-Петербург, ул.Бабушкина, д.82 к.2, литера А, кв.378

ISSN 1999-6314


Фундаментальные исследования • Экспериментальная токсикология

Том: 24
Статья: « 94 »
Страницы:. 1398-1417
Опубликована в журнале: 22 сентября 2024 г.
English version

Нейровоспалительная теория шизофрениии. Роль внешних факторов (Обзор литературы)

Хальчицкий С.Е.1, Иванов М.В.2, Становая В.В.2, Хуторянская Ю.В.3, Буслов К.Г.1, Грачева Ю.А.1, Комов Ю.В.3, Батоцыренова Е.Г.3, Щепеткова К.М.3, Кашуро В.А.3,4,5 Виссарионов С.В.1

1ФГБУ Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии им. Г.И. Турнера Минздрава России, г. Санкт-Петербург, РФ
2ФГБУ Национальный медицинский исследовательский центр психиатрии и неврологии им. В.М. Бехтерева Минздрава России, г. Санкт-Петербург, РФ
3ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет Минздрава России, г. Санкт-Петербург, РФ
4ФГБОУ ВО Российский государственный педагогический университет им. А.И.Герцена, г. Санкт-Петербург, РФ
5 ФГУП «Научно-исследовательский институт гигиены, профпатологии и экологии человека ФМБА России» г.п. Кузьмоловский, Ленинградская область, РФ


Резюме
Шизофрения (SCZ) - расстройство с гетерогенной этиологией, включающее сложное взаимодействие между генетическими и экологическими факторами риска. В настоящее время известно, что иммунная система играет жизненно важную роль в функционировании и патологии нервной системы посредством регулирования развития нейронов и глии, синаптической пластичности и поведения. В статье рассматриваются факторы внешней среды, влияющие на возникновение шизофрении, включая воздействие загрязнения, дисбиоз кишечника, активацию материнского иммунитета и стресс в раннем возрасте, а также как последствия этих факторов риска связаны с функцией и дисфункцией микроглии. Хотя механизмы, участвующие в патогенезе SCZ, до сих пор неясны, было обнаружено, что воздействие загрязненного воздуха увеличивает экспрессию множественных воспалительных генов у людей и на моделях животных. В совокупности было показано, что воспалительное состояние, вызванное воздействием загрязненного воздуха, изменяет функцию микроглии и развитие нейронов, а также аксональную миелинизацию, таким образом, влияя на процессы поражения нервной системы, которые связаны с патогенезом SCZ. Из иммунных генов, которые связаны с SCZ, многие также были изменены либо у людей, либо у животных, подвергшихся воздействию загрязняющих веществ. Предполагается генетическая взаимосвязь между изменениями в индуцированным загрязнением среды сигналингом и SCZ. Микробиота влияет на сложные виды поведения, такие как социальное поведение, депрессия, тревожность, что имеет непосредственное отношение к SCZ и другим психоневрологическим расстройствам. Недавние исследования подтвержают причинную роль микробиоты в нервно-психических расстройствах и подчеркивает роль иммунной системы в связи мозга и кишечника при патологических состояниях. Микробиом кишечника может влиять на целостность гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), что способствует усилению нейровоспаления. Присутствие кишечной микрофлоры необходимо для правильного формирования ГЭБ на ранних стадиях развития. Микробиом определяет несколько факторов риска SCZ, включая реакции на стресс, способствуя активации иммунной системы и нарушению ГЭБ. Воздействие психологического стресса или травмирующих жизненных событий в пренатальный период, в детстве или подростковом возрасте приводит к повышенному риску SCZ. В частности, в критические периоды развития определенные стрессоры, такие как физическое или психологическое насилие, социально-экономическое неблагополучие, проживание в городской среде и безнадзорность повышают риск SCZ.


Ключевые слова
шизофрения, нейровоспаление, микроглия, окружающая среда, факторы риска, нейрогенез.


(статья в формате PDF. Для просмотра необходим Adobe Acrobat Reader)



открыть статью в новом окне

Список литературы

1. Whiteford H.A., Degenhardt L., Rehm J., et al. Global burden of disease attributable to mental and substance use disorders: findings from the Global Burden of Disease Study 2010. Lancet. 2013; 382:1575-1586. doi: 10.1016/s0140-6736(13)61611-6.


2. Kroken R.A., Sommer I.E., Steen V.M., et al. Constructing the immune signature of schizophrenia for clinical use and research; an integrative review translating descriptives into diagnostics. Front. Psychiatry. 2018; 9:753. doi: 10.3389/fpsyt.2018.00753.


3. Frydecka D., Krzystek-Korpacka M., Lubeiro A., et al. Profiling inflammatory signatures of schizophrenia: a cross-sectional and meta-analysis study. Brain Behav. Immun. 2018; 71:28-36.doi: 10.1016/j.bbi.2018.05.002.


4. Misiak B., Stramecki F., Gawe¸da L., et al. Interactions between variation in candidate genes and environmental factors in the etiology of schizophrenia and bipolar disorder: a systematic review. Mol. Neurobiol. 2018; 55:5075-5100. doi:10.1007/s12035-017-0708-y.


5. Bolton J.L., Marinero S., Hassanzadeh T., et al. Gestational exposure to air pollution alters cortical volume, microglial morphology, and microglia-neuron interactions in a sex-specific manner. Front. Synaptic Neurosci. 2017; 9:10. doi: 10.3389/fnsyn.2017.00010.


6. Davis D.A., Bortolato M., Godar S.C., et al. Prenatal exposure to urban air nanoparticles in mice causes altered neuronal differentiation and depression-like responses. PLoS One. 2013; 8:e64128. doi: 10.1371/journal.pone.0064128.


7. Mumaw C.L., Levesque S., McGraw C., et al. Microglial priming through the lung-brain axis: the role of air pollution-induced circulating factors. FASEB J. 2016; 30:1880-1891. doi: 10.1096/fj.201500047.


8. Newman N.C., Ryan P., Lemasters G., et al. Traffic-related air pollution exposure in the first year of life and behavioral scores at 7 years of age. Environ. Health Perspect. 2013; 121:731-736. doi: 10.1289/ehp.1205555.


9. Woodward N.C., Levine M.C., Haghani A., et al. Toll-like receptor 4 in glial inflammatory responses to air pollution in vitro and in vivo. J. Neuroinflammation. 2017; 14:84.


10. Horsdal H.T., Agerbo E., McGrath J.J., et al. Association of childhood exposure to nitrogen dioxide and polygenic risk score for schizophrenia with the risk of developing schizophrenia. JAMA Netw. Open. 2019; 2:e1914401. doi: 10.1001/jamanetworkopen. 2019.14401.


11. Gruzieva O., Merid S.K., Gref A., et al. Exposure to traffic-related air pollution and serum inflammatory cytokines in children. Environ. Health Perspect. 2017; 125:067007. doi: 10.1289/ehp460.


12. Pope C.A., Bhatnagar A., McCracken J.P., et al. Exposure to fine particulate air pollution is associated with endothelial injury and systemic inflammation. Circ. Res. 2016; 119: 1204-1214. doi: 10.1161/circresaha.116.309279.


13. Woodward N.C., Haghani A., Johnson R.G., et al. Prenatal and early life exposure to air pollution induced hippocampal vascular leakage and impaired neurogenesis in association with behavioral deficits. Transl. Psychiatry. 2018; 8:261.


14. Bai K. J., Chuang K. J., Chen C.L., et al. Microglial activation and inflammation caused by traffic-related particulate matter. Chem. Biol. Interact. 2019. 311: 108762. doi: 10.1016/j.cbi.2019.108762.


15. Gruol D.L. IL-6 regulation of synaptic function in the CNS. Neuropharmacology. 2015; 96: 42-54. doi: 10.1016/j.neuropharm.2014.10.023.


16. Girgis R.R., Kumar, S.S., and Brown A.S. The cytokine model of schizophrenia: emerging therapeutic strategies. Biol. Psychiatry. 2014; 75: 292-299. doi: 10.1016/j.biopsych.2013.12.002.


17. Woodward N., Finch C.E., and Morgan T.E. Traffic-related air pollution and brain development. AIMS Environ. Sci. 2015; 2: 353-373.


18. Solaimani P., Saffari A., Sioutas C., et al. Exposure to ambient ultrafine particulate matter alters the expression of genes in primary human neurons. Neurotoxicology. 2017; 58:50-57. doi: 10.1016/j.neuro.2016.11.001.


19. Cheng H., Saffari A., Sioutas C., et al. Nanoscale particulate matter from urban traffic rapidly induces oxidative stress and inflammation in olfactory epithelium with concomitant effects on brain. Environ. Health Perspect. 2016; 124:1537-1546. doi: 10.1289/ehp134.


20. Babadjouni R., Patel A., Liu Q., et al. Nanoparticulate matter exposure results in neuroinflammatory changes in the corpus callosum. PLoS One. 2018; 13:e0206934. doi: 10.1371/journal.pone.0206934.


21. Allen J.L., Oberdorster G., Wong C., et al. Developmental neurotoxicity of inhaled ambient ultrafine particle air pollution: Parallels with neuropathological and behavioral features of autism and other neurodevelopmental disorders. Neurotoxicology. 2017; 59:140-154. doi:10.1016/j.neuro.2015.12.014.


22. Cole T.B., Coburn J., Dao K., et.al. Sex and genetic differences in the effects of acute diesel exhaust exposure on inflammation and oxidative stress in mouse brain. Toxicology. 2016; 374:1-9. doi:10.1016/j.tox.2016.11.010.


23. Sampson T.R., Debelius J.W., Thron T., et al. Gut microbiota regulate motor deficits and neuroinflammation in a model of Parkinson?s Disease. Cell. 2016; 167:1469-1480.e12.


24. Singh V., Roth S., Llovera G., et al. Microbiota dysbiosis controls the neuroinflammatory response after stroke. J. Neurosci. 2016; 36:7428-7440. doi: 10.1523/jneurosci.1114-16.2016.


25. Yano J.M., Yu K., Donaldson G.P., et al. Indigenous bacteria from the gut microbiota regulate host serotonin biosynthesis. Cell. 2015; 161:264-276. doi: 10.1016/j.cell.2015.02.047.


26. Olekhnovich E.I., Batotsyrenova E.G., Yunes R.A., Kashuro V.A., Poluektova E.U., Veselovsky V.A., Ilina E.N., Danilenko V.N., Klimina K.M. The effects of Levilactobacillus brevis on the physiological parameters and gut microbiota composition of rats subjected to desynchronosis. Microb Cell Fact. 2021;20(1):226. doi: 10.1186/s12934-021-01716-x.


27. Sherwin E., Bordenstein S. R., Quinn J. L., et al. Microbiota and the social brain. Science. 2019; 366:eaar2016.


28. Klimina K.M., Yunes R.A., Poluektova E.U., Odorskaya M.V., Kasianov A.S., Danilenko V.N., Batotsyrenova E.G., Gilyaeva E.H., Kostrova T.A., Kashuro V.A., Ivanov M.B., Kudryavtseva A.V. The effects of desynchronosis on the gut microbiota composition and physiological parameters of rats. BMC Microbiol. 2019;19(1):160. doi: 10.1186/s12866-019-1535-2.


29. Franklin C.L., and Ericsson A.C. Microbiota and reproducibility of rodent models. Lab Anim. 2017; 46: 114-122. doi: 10.1038/laban.1222.


30. Schwarz E., Maukonen J., Hyytiäinen T., et al. Analysis of microbiota in first episode psychosis identifies preliminary associations with symptom severity and treatment response. Schizophr. Res. 2018; 192:398-403. doi: 10.1016/j.schres.2017.04.017.


31. Zheng P., Zeng B., Liu M., et al. The gut microbiome from patients with schizophrenia modulates the glutamateglutamine-GABA cycle and schizophrenia-relevant behaviors in mice. Sci. Adv. 2019; 5:eaau8317. doi: 10.1126/sciadv.aau8317.


32. Zhu F., Guo R., Wang W., et al. Transplantation of microbiota from drug-free patients with schizophrenia causes schizophrenialike abnormal behaviors and dysregulated kynurenine metabolism in mice. Mol. Psychiatry. 2020; 25(11):2905-2918. doi: 10.1038/s41380-019-0475-4


33. Chiappelli J., Shi Q., Kodi P., et al. Disrupted glucocorticoid-Immune interactions during stress response in schizophrenia. Psychoneuroendocrinology. 2016; 63: 86-93. doi: 10.1016/j.psyneuen.2015.09.010.


34. Bretler T., Weisberg H., Koren O., et al. The effects of antipsychotic medications on microbiome and weight gain in children and adolescents. BMC Med. 2019; 17:112. doi: 10.1186/s12916-019-1346-1.


35. Strandwitz P. Neurotransmitter modulation by the gut microbiota. Brain Res. 2018; 1693:128-133. doi: 10.1016/j.brainres.2018.03.015.


36. Hsiao E.Y., McBride S.W., Hsien S., et al. Microbiota modulate behavioral and physiological abnormalities associated with neurodevelopmental disorders. Cell. 2013; 155:1451-1463. doi: 10.1016/j.cell.2013.11.024.


37. Braniste V., Kowal C., Anuar F., et al. The gut microbiota influences blood-brain barrier permeability in mice. Sci. Transl. Med. 2014; 6:263ra158.


38. Hoyles L., Snelling T., Umlai U. K., et al. Microbiome-host systems interactions: protective effects of propionate upon the blood-brain barrier. Microbiome. 2018; 6:55.


39. Cipollini V., Anrather J., Orzi F., et al. Th17 and cognitive impairment: possible mechanisms of action. Front. Neuroanat. 2019; 13:95. doi: 10.3389/fnana.2019.00095.


40. Tang A.T., Choi J.P., Kotzin J.J., et al. Endothelial TLR4 and the microbiome drive cerebral cavernous malformations. Nature. 2017; 545: 305-310.


41. Hulme H., Meikle L. M., Strittmatter N., et al. Microbiome-derived carnitine mimics as previously unknown mediators of gut-brain axis communication. Sci. Adv. 2020; 6:eaax6328. doi: 10.1126/sciadv.aax6328.


42. Flippo K.H., Strack S. An emerging role for mitochondrial dynamics in schizophrenia. Schizophr. Res. 2017; 187:26-32. doi: 10.1016/j.schres.2017.05.003.


43. Roberts R. C. Postmortem studies on mitochondria in schizophrenia. Schizophr. Res. 2017; 187:17-25. doi: 10.1016/j.schres.2017.01.056.


44. Culmsee C., Michels S., Scheu S., et al. Mitochondria, microglia, and the immune system-how are they linked in affective disorders? Front. Psychiatry. 2018; 9:739. doi: 10.3389/fpsyt.2018.00739.


45. Hui C.W., St-Pierre A., El Hajj H., et al. Prenatal immune challenge in mice leads to partly sexdependent behavioral, microglial, and molecular abnormalities associated with schizophrenia. Front. Mol. Neurosci. 2018; 11:13. doi: 10.3389/fnmol.2018.00013.


46. Thion M.S., Low D., Silvin A., et al. Microbiome influences prenatal and adult microglia in a sex-specific manner. Cell. 2018; 172: 500-516.e16. doi: 10.1016/j.cell.2017.11.042.


47. Erny D., Hrabˇe de Angelis A.L., Jaitin D., et al. Host microbiota constantly control maturation and function of microglia in the CNS. Nat. Neurosci. 2015; 18: 965-977. doi: 10.1038/nn.4030.


48. Frost G., Sleeth M.L., Lizarbe B., et al. The short-chain fatty acid acetate reduces appetite via a central homeostatic mechanism. Nat. Commun. 2014; 5:3611.


49. Li M., van Esch B.C.A.M., Wagenaar G.T.M., et al. Pro- and anti-inflammatory effects of short chain fatty acids on immune and endothelial cells. Eur. J. Pharmacol. 2018; 831:52-59. doi: 10.1016/j.ejphar.2018.05.003.


50. Ochoa S., Usall J., Cobo J., et al. Gender differences in schizophrenia and first-episode psychosis: a comprehensive literature review. Schizophr. Res. Treat. 2012; 2012:916198.


51. Holtzman C.W., Trotman H.D., Goulding S.M., et al. Stress and neurodevelopmental processes in the emergence of psychosis. Neuroscience. 2013; 249:172-191. doi: 10.1016/j.neuroscience.2012.12.017.


52. Quidé Y., Ong X. H., Mohnke S., et al. Childhood trauma-related alterations in brain function during a Theory-of-Mind task in schizophrenia. Schizophr. Res. 2017; 189:162-168. doi: 10.1016/j.schres.2017.02.012


53. Popovic D., Schmitt A., Kaurani L., et al. Childhood trauma in schizophrenia: current findings and research perspectives. Front. Neurosci. 2019; 13:274.


54. Schifani C., Tseng H. H., Kenk M., et al. Cortical stress regulation is disrupted in schizophrenia but not in clinical high risk for psychosis. Brain. 2018; 141: 2213-2224. doi: 10.1093/brain/awy133.


55. Misiak B., Krefft M., Bielawski T., et al. Toward a unified theory of childhood trauma and psychosis: a comprehensive review of epidemiological, clinical, neuropsychological and biological findings. Neurosci. Biobehav. Rev. 2017; 75:393-406. doi: 10.1016/j.neubiorev.2017.02.015.


56. van Leeuwen J.M.C., Vink M., Fernández G., et al. At-risk individuals display altered brain activity following stress. Neuropsychopharmacology. 2018; 43:1954-1960. doi: 10.1038/s41386-018-0026-8.


57. do Prado C.H., Grassi-Oliveira R., Daruy-Filho L., et al. Evidence for immune activation and resistance to glucocorticoids following childhood maltreatment in adolescents without psychopathology. Neuropsychopharmacology. 2017; 42:2272-2282. doi: 10.1038/npp.2017.137.


58. Lange C., Huber C. G., Fröhlich D., et al. Modulation of HPA axis response to social stress in schizophrenia by childhood trauma. Psychoneuroendocrinology. 2017; 82:126-132. doi: 10.1016/j.psyneuen.2017.03.027.


59. Glassman M., Wehring H.J., Pocivavsek A., et al. Peripheral cortisol and inflammatory response to a psychosocial stressor in people with schizophrenia. J. Neuropsychiatry. 2018; 2:4.


60. Houtepen L.C., Boks M.P., Kahn R.S., et al. Antipsychotic use is associated with a blunted cortisol stress response: a study in euthymic bipolar disorder patients and their unaffected siblings. Eur. Neuropsychopharmacol. 2015; 25:77-84. doi: 10.1016/j.euroneuro.2014.10.005.


61. Tas C., Brown E.C., Eskikurt G., et al. Cortisol response to stress in schizophrenia: associations with oxytocin, social support and social functioning. Psychiatry Res. 2018; 270:1047-1052. doi:10.1016/j.psychres.2018.05.011.


62. Pugliese V., Bruni A., Carbone E.A., et al. Maternal stress, prenatal medical illnesses and obstetric complications: risk factors for schizophrenia spectrum disorder, bipolar disorder and major depressive disorder. Psychiatry Res. 2019; 271:23-30. doi: 10.1016/j.psychres.2018.11.023.


63. Bronson S.L., Bale T.L. Prenatal stress-induced increases in placental inflammation and offspring hyperactivity are male-specific and ameliorated by maternal antiinflammatory treatment. Endocrinology. 2014; 155:2635-2646. doi:10.1210/en.2014-1040.


64. Pedersen J.M., Mortensen E.L., Christensen D.S., et al. Prenatal and early postnatal stress and later life inflammation. Psychoneuroendocrinology. 2018; 88:158-166. doi: 10.1016/j.psyneuen.2017.12.014.


65. Gumusoglu S.B., Fine R.S., Murray S.J., et al. The role of IL-6 in neurodevelopment after prenatal stress. Brain Behav. Immun. 2017; 65:274-283. doi: 10.1016/j.bbi.2017.05.015.


66. Johnson F.K., Kaffman, A. Early life stress perturbs the function of microglia in the developing rodent brain: New insights and future challenges. Brain Behav. Immun. 2018; 69:18-27. doi: 10.1016/j.bbi.2017.06.008.


67. Marsland A. L., Walsh C., Lockwood K., et al. The effects of acute psychological stress on circulating and stimulated inflammatory markers: a systematic review and meta-analysis. Brain Behav. Immun. 2017; 64:208-219. doi: 10.1016/j.bbi.2017.01.011.


68. Réus G.Z., Fernandes G.C., de Moura A.B., et al. Early life experience contributes to the developmental programming of depressive-like behaviour, neuroinflammation and oxidative stress. J. Psychiatr. Res. 2017; 95:196-207. doi: 10.1016/j.jpsychires.2017.08.020.


69. Banqueri M., Mendez M., Gomez-Lazaro E., et al. Early life stress by repeated maternal separation induces long-term neuroinflammatory response in glial cells of male rats. Stress. 2019; 22:563-570. doi: 10.1080/10253890.2019.1604666.


70. Reus G.Z., Silva R.H., de Moura A.B., et al. Early maternal deprivation induces microglial activation, alters glial fibrillary acidic protein immunoreactivity and indoleamine 2,3-dioxygenase during the development of offspring rats. Mol. Neurobiol. 2019; 56:1096-1108. doi: 10.1007/s12035-018-1161-2.


71. Yue N., Huang H., Zhu X., et al. Activation of P2X7 receptor and NLRP3 inflammasome assembly in hippocampal glial cells mediates chronic stress-induced depressive-like behaviors. J. Neuroinflammation. 2017; 14:102.


72. Tay T.L., Savage J.C., Hui C.W., et al. Microglia across the lifespan: from origin to function in brain development, plasticity and cognition. J. Physiol. 2017; 595:1929-1945. doi: 10.1113/jp272134.


73. Duque E.E. A., Munhoz C.D. The pro-inflammatory effects of glucocorticoids in the brain. Front. Endocrinol. 2016; 7:78. doi: 10.3389/fendo.2016.00078.


74. Catale C., Gironda S., Lo Iacono L., et al. Microglial function in the effects of early-life stress on brain and behavioral development. J. Clin. Med. 2020; 9:468. doi: 10.3390/jcm9020468.


75. Lehmann M.L., Weigel T.K., Cooper H.A., et al. Decoding microglia responses to psychosocial stress reveals blood-brain barrier breakdown that may drive stress susceptibility. Sci.Rep. 2018; 8:11240.


76. Lehmann M.L., Weigel T.K., Poffenberger C.N., et al. The behavioral sequelae of social defeat require microglia and are driven by oxidative stress in mice. J. Neurosci. 2019; 39:5594-5605. doi: 10.1523/jneurosci.0184-19.2019.


77. Brannigan R., Cannon M., Tanskanen A., et al. The association between subjective maternal stress during pregnancy and offspring clinically diagnosed psychiatric disorders. Acta Psychiatr. Scand. 2019; 139:304-310. doi: 10.1111/acps.12996.


78. Dandi E, Kalamari A., Touloumi O., et al. Beneficial effects of environmental enrichment on behavior, stress reactivity and synaptophysin/BDNF expression in hippocampus following early life stress. Int. J. Dev. Neurosci. 2018; 67:19-32. doi:10.1016/j.ijdevneu.2018.03.003.


79. Gonzalez-Pardo H., Arias J.L., Vallejo G., et al. Environmental enrichment effects after early stress on behavior and functional brain networks in adult rats. PLoS One. 2019; 14:e0226377. doi: 10.1371/journal.pone.0231586.


80. Mackes N.K., Golm D., Sarkar S., et al. Early childhood deprivation is associated with alterations in adult brain structure despite subsequent environmental enrichment. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2020; 117:641-649. doi: 10.1073/pnas.1911264116.