Comparison of the antiparkinsonian activity of N-decyltropine (IEM-1556) and levodopa in rats with rotenone-induced parkinsonism
- Authors: Gmiro V.E.1, Serdyuk S.E.1, Shabanov P.D.1
-
Affiliations:
- Institute of Experimental Medicine
- Issue: Vol 16, No 1 (2025)
- Pages: 5-10
- Section: Neuropsychopharmacology
- URL: https://journals.eco-vector.com/1606-8181/article/view/653995
- DOI: https://doi.org/10.17816/phbn653995
- ID: 653995
Cite item
Open Access
Access granted
Subscription or Fee Access
Abstract
BACKGROUND: Previously, we published a hypothesis regarding the possible role of adenosine and vagal afferents in the mechanism of the antiparkinsonian action of N-decyltropine (IEM-1556). It lies in the ability of IEM-1556 to stimulate gastric vagal afferents as a key link in the this mechanism.
AIM: This study is to compare the antiparkinsonian activity of IEM-1556 with the reference antiparkinsonian agent (levodopa) during their chronic oral administration in a prophylactic regimen to rats with rotenone-induced parkinsonism.
METHODS: The antiparkinsonian effect of IEM-1556 (3 and 10 mg/kg), as well as the reference agent levodopa (10 and 20 mg/kg), in rats with rotenone-induced parkinsonism was assessed based on the elimination of catalepsy and oligokinesia.
RESULTS: Oral administration of N-decyltropine (IEM-1556) at a dose of 10 mg/kg significantly exceeds the antiparkinsonian activity of levodopa at a dose of 20 mg/kg, being three times more effective in reducing the number of rats with severe oligokinesia. Additionally, unlike levodopa, IEM-1556 completely eliminates severe catalepsy in rats with rotenone-induced parkinsonism. IEM-1556 appears to be a safer agent compared with levodopa, as it prevents rat mortality throughout the experiment, whereas levodopa increases mortality by the end of the study. Preliminary anesthesia of the gastric mucosa with 1% lidocaine almost completely abolishes the antiparkinsonian activity of IEM-1556 at a dose of 10 mg/kg, while not affecting the antiparkinsonian activity of levodopa at a dose of 20 mg/kg.
CONCLUSIONS: This suggests that stimulation of vagal afferents in the stomach may underlie the antiparkinsonian effect of IEM-1556 but not levodopa. IEM-1556 may be considered a potential alternative to levodopa in patients with parkinsonism resistant to levodopa therapy.Oral administration of N-decyltropine (IEM-1556) at a dose of 10 mg/kg significantly exceeds the antiparkinsonian activity of levodopa at a dose of 20 mg/kg, being three times more effective in reducing the number of rats with severe oligokinesia. Additionally, unlike levodopa, IEM-1556 completely eliminates severe catalepsy in rats with rotenone-induced parkinsonism. IEM-1556 appears to be a safer agent compared with levodopa, as it prevents rat mortality throughout the experiment, whereas levodopa increases mortality by the end of the study. Preliminary anesthesia of the gastric mucosa with 1% lidocaine almost completely abolishes the antiparkinsonian activity of IEM-1556 at a dose of 10 mg/kg, while not affecting the antiparkinsonian activity of levodopa at a dose of 20 mg/kg. This suggests that stimulation of vagal afferents in the stomach may underlie the antiparkinsonian effect of IEM-1556 but not levodopa. IEM-1556 may be considered a potential alternative to levodopa in patients with parkinsonism resistant to levodopa therapy.
Keywords
Full Text
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что N-децилтропина хлорид (ИЭМ-1556) как либератор эндогенного аденозина при системном и оральном введении в дозе 1–3 мг/кг вызывает развитие анальгезии в результате стимуляции аденозин-чувствительных вагусных афферентов слизистой оболочки желудка [1]. Этот же механизм действия был постулирован как основа лечебного эффекта ИЭМ-1556 на модели рассеянного склероза — экспериментальном аллергическом энцефаломиелите [3]. Ранее нами были опубликованы краткие предварительные данные о возможной роли аденозина и вагусных афферентов в механизме антипаркинсонического действия ИЭМ-1556 [7]. Суть предложенной гипотезы заключалась в способности ИЭМ-1556 стимулировать желудочные вагусные афференты как ключевое звено в механизме противопаркинсонического действия препарата.
Цель исследования — сравнить противопаркинсоническую активность ИЭМ-1556 с эталонным противопаркинсоническим средством леводопой при их хроническом пероральном введении по профилактической схеме крысам с ротенон-индуцированным паркинсонизмом.
В отдельной серии экспериментов исследование ИЭМ-1556 и леводопы проводилось в условиях предварительной анестезии слизистой желудка 1% лидокаином для выявления роли желудочных афферентов в развитии противопаркинсонических эффектов ИЭМ-1556 и леводопы.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Противопаркинсоническое и нейропротекторное действие веществ исследовали на модели ротенон-индуцированного паркинсонизма у крыс [2, 5, 15].
Введение ротенона. Использовали раствор ротенона в растворителе (ДМСО : миглиол 812N в соотношении 2 : 98) в концентрации 2,3 мг/мл. Каждому животному вводили 0,2 мл раствора ротенона: доза 0,46 мг на 1 животное массой 200 ± 20 г, т. е. 2,3 мг/кг. Раствор ротенона вводили внутрибрюшинно (в/бр) 1 раз в день в течение 19 дней [5]. Тестируемое вещество ИЭМ-1556 в дозе 3 и 10 мг/кг, эталонное противопаркинсоническое средство леводопу (10 и 20 мг/кг), а также дистиллированную воду (1,0 мл, контроль растворителя) вводили по профилактической схеме, перорально, жестким металлическим зондом, ежедневно, в течение 19 дней, за 45 мин до введения ротенона. Леводопу вводили в комбинации с бензеразидом (периферическим ингибитором дофадекарбоксилазы) в соотношении 4 : 1 для уменьшения побочных эффектов леводопы, связанных со стимуляцией периферических дофаминовых рецепторов [4].
Противопаркинсоническое действие ИЭМ-1556, а также препарата сравнения леводопы у крыс с ротенон-индуцированным паркинсонизмом оценивали по устранению каталепсии и олигокинезии.
Устранение каталепсии. Каталепсию у крыс определяли по времени иммобилизации животного (с), помещенного на мелкоячеистую сетку под углом в 45°. Максимальная каталепсия у крыс регистрируется в случае их полной иммобилизации на сетке в течение 120 с наблюдения.
Величину каталепсии оценивали в баллах: 3 балла — иммобилизация длительностью от 80 с до 120 с, 2 балла — иммобилизация длительностью от 40 до 70 с, 1 балл — иммобилизация длительностью от 20 до 35 с, 0 баллов — иммобилизация меньше 20 с. Регистрацию каталепсии у крыс проводили ежедневно через 180 мин после введения ротенона. Для каждой дозы исследуемого вещества в группе из 6–8 крыс ежедневно, в течение всего времени наблюдения определяли число крыс с тяжелой каталепсией (2–3 балла) в % от общего количества крыс в группе.
Для количественной оценки антикаталептического действия веществ на 12-й и 19-й день эксперимента определяли уменьшение числа крыс с тяжелой каталепсией (2–3 балла) в % по сравнению с контрольной группой (КГ, внутрижелудковое (в/ж) введение дистиллированной воды).
Устранение олигокинезии. Олигокинезию у крыс определяли по уменьшению двигательной активности в тесте «открытое поле». Животных помещали в центр квадратного освещенного поля (1×1 м) и в течение 3 мин регистрировали суммарное время ходьбы (горизонтальная активность), число вставаний на задние лапы (вертикальная активность). Регистрацию горизонтальной и вертикальной двигательной активности проводили в 1-й день для отбора крыс с высокой локомоторной активностью (суммарное время ходьбы не менее 12 с и число вертикальных стоек не менее 4) за 60 мин до 1-го введения ротенона. Для выявления ротеноновой олигокинезии двигательную активность в тесте «открытое поле» исследовали повторно через 2 ч после введения ротенона на 12-й и 19-й день эксперимента.
Количественная оценка олигокинезии в баллах:
0 баллов — высокая горизонтальная активность (суммарное время ходьбы более 12 с) и высокая вертикальная активность (число вертикальных стоек — более 3).
1 балл — уменьшение горизонтальной активности (суммарное время ходьбы — 7–11 с) и уменьшение вертикальной активности (число вертикальных стоек — 1–3).
2 балла — значительное снижение горизонтальной активности (суммарное время ходьбы — 2–6 с) и отсутствие вертикальной активности (число вертикальных стоек — 0–1).
3 балла — отсутствие горизонтальной активности (суммарное время ходьбы — 0–1 с) и отсутствие вертикальной активности (число вертикальных стоек — 0).
Для каждой дозы исследуемого вещества в группе из 6–8 крыс через 120 мин после введения ротенона на 12-й и 19-й день эксперимента определяли долю крыс с тяжелой олигокинезией (2–3 балла) в % от общего количества крыс в группе. Для количественной оценки устранения олигокинезии на 12-й и 19-й день эксперимента определяли уменьшение доли крыс с тяжелой олигокинезией (2–3 балла) в % по сравнению с КГ (в/ж введение дистиллированной воды).
Способность веществ устранять неспецифическое нейротоксическое действие ротенона оценивали по уменьшению летальности, вызванной ротеноном, на 12-й и 19-й день эксперимента. Безопасность противопаркинсонического действия веществ оценивали по росту летальности к 19-му дню введения ротенона по сравнению с КГ.
Для выяснения роли афферентов слизистой оболочки желудка в развитии противопаркинсонического действия ИЭМ-1556 и леводопы на 22-й день эксперимента, за 30 мин до тестирования проводили анестезию слизистой желудка путем в/ж введения 1% (1 мл) раствора лидокаина. Этой группе крыс ротенон продолжали вводить по выше описанной схеме до 22-го дня эксперимента включительно.
Тестируемое соединение N-децилтропин хлорид (ИЭМ-1556) синтезировано в Институте экспериментальной медицины (Санкт-Петербург). Эталонный противопаркинсонический препарат сравнения леводопа, а также бенсеразид получены от фирмы Sigma, США. Данные опытов статистически обработаны с использованием теста Фишера для оценки достоверности различия между долей крыс с тяжелой каталепсией, олигокинезией и летальностью в контрольной и тестируемой группах.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Ротенон-индуцированный паркинсонизм у крыс считается общепринятой анимальной моделью паркинсонизма для исследования новых веществ [2, 4, 5, 15]. Как видно из таблицы 1, хроническое (в течение 19 дней) введение ротенона в дозе 2,3 мг/кг, в/бр, вызывает на 12-й и 19-й день эксперимента развитие тяжелой каталепсии (2–3 балла) соответственно у 72 и 58% крыс контрольной группы (в/ж введение дистиллированной воды с 1-го по 19-й день за 45 мин до введения ротенона).
Таблица 1. Исследование хронического противопаркинсонического действия ИЭМ-1556 и леводопы на модели ротенон-индуцированного паркинсонизма у крыс
Table 1. Study of Chronic Antiparkinsonian Effects of IEM-1556 and Levodopa in the Rotenone-Induced Parkinsonism Model in Rats
Вещество | Доза, внутрижелудковое введение | Доля крыс с тяжелой каталепсией* от общего количества крыс в группе, % | Доля крыс с тяжелой олигокинезией** от общего количества крыс в группе, % | Доля летальных случаев от общего количества крыс в группе, % | |||
12-й день | 19-й день | 12-й день | 19-й день | 12-й день | 19-й день | ||
Вода дистиллированная (контроль) | – | 72 | 58 | 100 | 100 | 0 | 28 |
ИЭМ-1556 | 3 мг/кг | 141 | 281 | 86 | 86 | 14 | 14 |
10 мг/кг | 02 | 02 | 321 | 241 | 0 | 01 | |
ИЭМ-1556 | 10 мг/кг + лидокаин 1% | – | 62*** | – | 88*** | – | 24*** |
Леводопа | 10 мг/кг | 32 | 48 | 88 | 100 | 0 | 28 |
20 мг/кг | 141 | 141 | 421 | 57 | 0 | 28 | |
Леводопа | 20 мг/кг + лидокаин 1% | 14***1 | – | 72*** | – | 28*** | |
Примечание. * Длительность иммобилизации на сетке не менее 40 с; ** Суммарное время ходьбы в тесте «открытое поле» не более 6 с, число вертикальных стоек не более 2; *** 22-й день эксперимента; 1 р < 0,05 по сравнению с контрольной группой; 2 р < 0,01 по сравнению с контрольной группой.
Note. * Duration of immobilization on the grid for at least 40 s; ** Total walking time in the open field test not exceeding 6 s, with no more than 2 vertical stands; *** Day 22 of the experiment; 1 p < 0.05 compared to the control group; 2 p < 0.01 compared to the control group.
У 100% крыс КГ наблюдалась тяжелая олигокинезия (2–3 балла) на 12-й и 19-й день эксперимента, у 28% крыс КГ выявлена летальность на 19-й день эксперимента (см. табл. 1).
Леводопа при хроническом пероральном введении в дозе 10 мг/кг на 19-й день эксперимента незначительно, лишь в 1,4 раза, уменьшает число крыс с тяжелой каталепсией по сравнению с КГ, но не уменьшает число крыс с тяжелой олигокинезией и летальностью (см. табл. 1).
Леводопа при хроническом пероральном введении в дозе 20 мг/кг на 12-й и 19-й день эксперимента субмаксимально, в 5–6 раз уменьшает число крыс с тяжелой каталепсией по сравнению с КГ (р < 0,05), в 2,3 и 1,8 раза соответственно уменьшает число крыс с тяжелой олигокинезией, но не уменьшает число крыс с летальным исходом по сравнению с КГ на 12-й и 19-й день эксперимента. Следовательно, леводопа в дозе 20 мг/кг на 12-й и 19-й день эксперимента вызывает субмаксимальный противопаркинсонический эффект. Важно отметить увеличение летальности крыс на 19-й день эксперимента до 28% по сравнению с 0% на 12-й день эксперимента, что свидетельствует о недостаточной безопасности применения леводопы в указанных дозах.
ИЭМ-1556 при хроническом пероральном введении в дозе 3 мг/кг на 12-й и 19-й день эксперимента соответственно в 5 и 2,2 раза уменьшает число крыс с тяжелой каталепсией по сравнению с КГ (р < 0,05), но практически не уменьшает число крыс с тяжелой олигокинезией и число крыс с летальностью на 12-й и 19-й день эксперимента (см. табл. 1). Следовательно, ИЭМ-1556 в дозе 3 мг/кг на 12-й и 19-й день эксперимента вызывает умеренный, но достоверный антикаталептический эффект, но не уменьшает олигокинезии и летальности у крыс с ротенон-индуцированным паркинсонизмом.
ИЭМ-1556 при хроническом пероральном введении в дозе 10 мг/кг на 12-й и 19-й день эксперимента полностью устраняет тяжелую каталепсию у крыс, а также в 3–4 раза уменьшает число крыс с тяжелой олигокинезией (р < 0,01, см. табл. 1). ИЭМ-1556 в указанной дозе полностью устраняет летальность крыс на 19-й день эксперимента (р < 0,05, см. табл. 1). Следовательно, ИЭМ-1556 в дозе 10 мг/кг на 12-й и 19-й день эксперимента вызывает максимальный противопаркинсонический эффект, в 2–3 раза превосходящий противопаркинсонический эффект леводопы. Важно отметить устранение летальности крыс на 19-й день эксперимента, что свидетельствует о безопасности применения ИЭМ-1556 в указанной дозе.
Результаты исследований свидетельствуют о том, что ИЭМ-1556 при пероральном введении в дозе 10 мг/кг существенно превосходит по противопаркинсонической активности леводопу в дозе 20 мг/кг, так как в 3 раза сильнее, чем леводопа, уменьшает число крыс с тяжелой олигокинезией, а также, в отличие от леводопы, полностью устраняет тяжелую каталепсию у крыс с ротенон-индуцированным паркинсонизмом. ИЭМ-1556 представляет собой более безопасное средство, чем леводопа, так как устраняет летальность крыс на протяжении всего эксперимента, тогда как леводопа увеличивает летальность крыс к концу эксперимента.
В последние годы показана важная роль первичной дегенерации нейронов гастроэнтеральной нервной системы и ослабления желудочной вагусной афферентации в развитии ротенон-индуцированного паркинсонизма [10–12]. Нами установлено, что предварительная анестезия слизистой оболочки желудка 1% лидокаином на 22-й день эксперимента не влияет на противопаркинсонические эффекты леводопы в дозе 20 мг/кг, но практически полностью устраняет противопаркинсоническую активность ИЭМ-1556 в дозе 10 мг/кг, так как увеличивает число крыс с тяжелой каталепсией с 0 до 62%, а число крыс с тяжелой олигокинезией с 24 до 88% (см. табл. 1). Кроме того, предварительное в/ж введение лидокаина увеличивает летальность крыс на 22-й день эксперимента с 0 до 24%. Возможно, что стимуляция вагусных афферентов желудка лежит в основе противопаркинсонического действия ИЭМ-1556, но не леводопы.
Ранее нами было показано [7], что максимальный анальгезирующий эффект ИЭМ-1556 обусловлен сочетанием его центрального н-холиноблокирующего и периферического вагус-стимулирующего действия. По-видимому, не только высокая анальгезирующая, но и противопаркинсоническая активность объясняется тем, что ИЭМ-1556 не только блокирует н-холинорецепторы, но и дополнительно стимулирует субдиафрагмальные вагусные афференты.
ВЫВОДЫ
Мы полагаем, что N-децилтропин (ИЭМ-1556) является первым представителем нового класса противопаркинсонических веществ, обладающих комбинированным н-холиноблокирующим и вагус-стимулирующим действием.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией. Вклад каждого автора: В.Е. Гмиро — синтез ИЭМ-1556, написание статьи, анализ данных; С.Е. Сердюк — выполнение фармакологической части исследования; П.Д. Шабанов — рецензирование статьи, разработка общей концепции.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Источник финансирования. Исследование выполнено в рамках государственного задания Минобрнауки России FGWG-2025-0020 «Поиск молекулярных мишеней для фармакологического воздействия при аддиктивных и нейроэндокринных нарушениях с целью создания новых фармакологически активных веществ, действующих на рецепторы ЦНС».
ADDITIONAL INFORMATION
Authors contribution: Thereby, all authors made a substantial contribution to the conception of the study, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the article, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the study.
The contribution of each author: V.E. Gmiro, synthesis of IEM-1556, writing of the article, data analysis; S.E. Serdyuk, implementation of the pharmacological part of the study; P.D. Shabanov, review of the article, development of the general concept.
Competing interests: The authors declare that they have no competing interests.
Funding source: The study was carried out within the framework of the state task of the Ministry of Education and Science of Russia FGWG-2025-0020 “Search for molecular targets for pharmacological action in addictive and neuroendocrine disorders with the aim of creating new pharmacologically active substances acting on CNS receptors.”
About the authors
Valery E. Gmiro
Institute of Experimental Medicine
Author for correspondence.
Email: gmiro2119@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2093-8552
SPIN-code: 1526-2154
Cand. Sci. (Chemistry)
Russian Federation, Saint PetersburgSergey E. Serdyuk
Institute of Experimental Medicine
Email: serdyuk1953@gmail.com
MD, Cand. Sci. (Medicine)
Russian Federation, Saint PetersburgPetr D. Shabanov
Institute of Experimental Medicine
Email: pdshabanov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1464-1127
SPIN-code: 8974-7477
Dr. Sci. (Pharmacology), Professor
Russian Federation, Saint PetersburgReferences
- Gmiro VE, Serdyuk SE. Сomparative study of analgesic effect of n-decyltropine (IEM-1556), adenosine and mecamylamine. Russian Journal of Physiology. 2017;103(10):1106–1113. EDN: ZIXHBP
- Grigoryan GA, Bazyan AS. Experimental models of Parkinson’s disease in animals Advances in Physiological Sciences. 2007;38(4):80–88. (In Russ.) EDN: HFULAT
- Abdurasulova IN, Matsulevich АV, Serdyuk SE, et al. Comparative study of the influence of IEM-1556 and glatiramer acetate (Copaxon) on the severity of neurologic disorders and the duration of experimental allergic encephalomielitis in the rats. J Multiple Sclerosis. 2018;5(1):1–3. doi: 10.4172/2376-0389.1000217
- Alam M, Schmidt WJ. L-DOPA reverses the hypokinetic behaviour and rigidity in rotenone-treated rats. Behav Brain Res. 2004;153(2):439–446. doi: 10.1016/j.bbr.2003.12.021
- Cannon JR, Tapias V, Na HM, et al. A highly reproducible rotenone model of Parkinson’s disease. Neurobiol Dis. 2009;34(2):279–290. doi: 10.1016/j.nbd.2009.01.016
- Fleming SM, Zhu C, Fernagut PO, et al. Behavioral and immunohistochemical effects of chronic intravenous and subcutaneous infusions of varying doses of rotenone. Exp Neurol. 2004;187(2):418–429. doi: 10.1016/j.expneurol.2004.01.023
- Gmiro VE, Serdyuk SE. New innovative drug for the treatment of Parkinson’s disease, epilepsy and chronic pain, with a combined n-Cholinolitic, Adenosine-releasing and vagal-stimulating activity. J Pharm Drug Deliv Res. 2016;5(4S):81
- Lin CH, Huang JY, Ching CH, et al. Melatonin reduces the neuronal loss, downregulation of dopamine transporter, and upregulation of D2 receptor in rotenone-induced parkinsonian rats. J Pineal Res. 2008;44(2):205–213. doi: 10.1111/j.1600-079X.2007.00510.x
- Mercuri NB, Bernardi G. The ‘magic’ of L-dopa: why is it the gold standard Parkinson’s disease therapy? Trends Pharmacol Sci. 2005;26(7):341–344. doi: 10.1016/j.tips.2005.05.002
- Pan-Montojo F, Anichtchik O, Dening Y, et al. Progression of Parkinson’s disease pathology is reproduced by intragastric administration of rotenone in mice. PLoS One. 2010;5(1):e8762. doi: 10.1371/journal.pone.0008762
- Pan-Montojo FJ, Funk RH. Oral administration of rotenone using a gavage and image analysis of alpha-synuclein inclusions in the enteric nervous system. J Vis Exp. 2010;(44):2123. doi: 10.3791/2123
- Phillips RJ, Walter GC, Wilder SL, et al. Alpha-synuclein-immunopositive myenteric neurons and vagal preganglionic terminals: autonomic pathway implicated in Parkinson’s disease? Neuroscience. 2008;153(3):733–750. doi: 10.1016/j.neuroscience.2008.02.074
- Rascol O, Lozano A, Stern M, et al. Milestones in Parkinson’s disease therapeutics. Mov Disord. 2011;26(6):1072–1082. doi: 10.1002/mds.23714
- Wu YN, Johnson SW. Dopamine oxidation facilitates rotenone-dependent potentiation of N-methyl-D-aspartate currents in rat substantia nigra dopamine neurons. Neuroscience. 2011;195:138–144. doi: 10.1016/j.neuroscience.2011.08.041
- Yang Y, Liu X, Ding JH, et al. Effects of iptakalim on rotenone-induced cytotoxicity and dopamine release from PC12 cells. Neurosci Lett. 2004;366(1):53–57. doi: 10.1016/j.neulet.2004.05.009
Supplementary files
