Investigation of brain-derived neurotrophic factor and adhesion molecules in multiple sclerosis

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: In recent decades, numerous papers have been published exploring various biomarkers of multiple sclerosis in body fluids. Among these, particular attention should be given to brain-derived neurotrophic factor (BDNF), intercellular adhesion molecule 1 (ICAM1), neural cell adhesion molecule (NCAM), and the ratio of their concentrations in different types of multiple sclerosis progression.

AIM: The study aimed to analyze the diagnostic significance of BDNF, ICAM1, and NCAM in patients with different courses of multiple sclerosis.

METHODS: Blood sampling and assessment of clinical pattern of the disease course were performed in the study group (n = 66) and the control group consisting of healthy volunteers (n = 15). The study group patients were divided into three subgroups according to the type of the disease course: relapsing-remitting multiple sclerosis, both treated and non-treated with disease-modifying therapies (interferons β-1b), and secondary progressive multiple sclerosis. The severity of the patient disability was determined using the Expanded Disability Status Scale. The average annual frequency of exacerbations and the rate of the disease progression were calculated. Signs of progression were assessed based on the results of magnetic resonance imaging of the brain, spinal cord, and optic nerves. BDNF, ICAM1, and NCAM levels were measured using an enzyme-linked immunosorbent assay kit (Cloud-Clone, China) on a Multiskan GO analyzer (Thermo Fisher Scientific, Finland) with a Wellwash microplate washer (Thermo Fisher Scientific, Finland) and a PST-60HL-4 plate shaker/thermostat (Biosan, Latvia).

RESULTS: BDNF was increased in the blood serum in the study group patients (all subgroups) compared with the control group. Statistically significant differences were observed in patients receiving disease-modifying therapy. In the relapsing-remitting multiple sclerosis group, there was an inverse correlation between BDNF concentration and disability severity, as measured by the Expanded Disability Status Scale. Serum levels of NCAM were significantly increased in the relapsing-remitting multiple sclerosis subgroups treated and non-treated with disease-modifying therapies, as compared with the control group. In contrast, no statistically significant differences were found in serum levels of ICAM1 among patients in the study groups.

CONCLUSION: Increased levels of BDNF and NCAM in patients with relapsing-remitting multiple sclerosis with short disease duration may indicate the neuroprotective effect of these biomarkers, but may also serve as a predictor of disease exacerbation. High levels of BDNF during interferon β-1b therapy may indicate inadequate effectiveness of this drug, necessitating a decision to escalate therapy. In patients with secondary progressive multiple sclerosis, high levels of NCAM may be associated with increasing disability.

About the authors

Valeria A. Bykova

Voronezh State Medical University

Author for correspondence.
Email: bykova.valeria@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2017-0088
SPIN-code: 4828-3879

MD, Cand. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Voronezh

Natalia A. Ermolenko

Voronezh State Medical University

Email: nevrology@vrngmu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7197-6009
SPIN-code: 8604-1145

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Voronezh

Andrey V. Budnevsky

Voronezh State Medical University

Email: avbudnevski@vrngmu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1171-2746
SPIN-code: 7381-0612

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Voronezh

Victoria V. Shishkina

Voronezh State Medical University

Email: v.v.4128069@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9185-4578
SPIN-code: 9339-7794

MD, Cand. Sci. (Medicine), Associate Professor

Russian Federation, Voronezh

Lyubov N. Antakova

Voronezh State Medical University

Email: tsvn@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-5212-1005
SPIN-code: 3936-3381

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Voronezh

Anna O. Khoroshikh

Voronezh State Medical University

Email: anna.horoshih@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9953-2653
SPIN-code: 1775-1763
Russian Federation, Voronezh

Natalia V. Tkachenko

Voronezh Regional Clinical Hospital No. 1

Email: shukina.tkachenko@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0008-0984-9584

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Voronezh

Marina V. Popova

Voronezh Regional Clinical Hospital No. 1

Email: marina_popova97@mail.ru
ORCID iD: 0009-0007-0185-2140
SPIN-code: 6260-4776
Russian Federation, Voronezh

Oksana V. Bragina

Voronezh Regional Clinical Hospital No. 1

Email: bragina-voronezh@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-9203-9898
SPIN-code: 3302-6060
Russian Federation, Voronezh

References

  1. Ward M, Goldman M. Epidemiology and pathophysiology of multiple sclerosis. Multiple Sclerosis and Related Disorders. 2022;28(4):988–1005. doi: 10.1212/CON.0000000000001136 EDN: YKFRKZ
  2. Kaisey M, Solomon AJ. Multiple sclerosis diagnostic delay and misdiagnosis. Neurol Clin. 2024;42(1):1–13. doi: 10.1016/j.ncl.2023.07.001 EDN: TNSFKL
  3. Bykova VA, Ermolenko NA, Krasnorutskaya ON, et al. A longitudinal study of pediatric-onset multiple sclerosis in the Voronezh region. S.S. Korsakov Journal of Neurology and Psychiatry. 2023;123(9-2):100–104. doi: 10.17116/jnevro2023123092100 EDN: ETIWEW
  4. Yang J, Hamade M, Wu Q, et al. Current and future biomarkers in multiple sclerosis. Int J Mol Sci. 2022;23(11):5877. doi: 10.3390/ijms23115877 EDN: WFAAXQ
  5. Samjoo IA, Drudge C, Walsh S, et al. Comparative efficacy of therapies for relapsing multiple sclerosis: a systematic review and network meta-analysis. J Comp Eff Res. 2023;12(7):e230016. doi: 10.57264/cer-2023-0016 EDN: VNIDWY
  6. Ziemsse T, Akgün K, Brück W. Molecular biomarkers in multiple sclerosis. Archives of Pharmacy. 2022;72(2). doi: 10.5937/arhfarm72-36165 EDN: HTIFUT
  7. Vacaras V, Paraschiv A, Ilut S, et al. Brain-derived neurotrophic factor in multiple sclerosis disability: a prospective study. Brain Sciences. 2024:14(3):243. doi: 10.3390/brainsci14030243 EDN: TSWFLA
  8. Gammoh O, AlQudah A, Osama R, et al. Modulation of salivary ICAM-1 and SIRT1 by disease modifying drugs in undepressed relapsing-remitting multiple sclerosis patients. Multiple Sclerosis Related Disorders. 2022:68:104257. doi: 10.1016/j.msard.2022.104257 EDN: RTKITP
  9. Esaulova E, Cantoni C, Shchukina I, et al. Single-cell RNA-seq analysis of human CSF microglia and myeloid cells in neuroinflammation. Neurol Neuroimmunol Neuroinflamm. 2020;7(4):e732. doi: 10.1212/NXI.0000000000000732 EDN: BAQUTM
  10. Malkova NA, Ierusalimskii AP. Modern trends in epidemiology and clinical practice, problems of living with it and treatment. Novosibirsk: State Medical University; 2006. (In Russ.)
  11. Mashayekhi F, Salehi Z, Jamalzadeh HR. Quantitative analysis of cerebrospinal fluid brain derived neurotrophic factor in the patients with multiple sclerosis. Acta Medica (Hradec Kralove). 2012;55(2):83–86. doi: 10.14712/18059694.2015.60
  12. Semkina AA, Alifirova VM, Titova MA, et al. Brain-derived neurotrophic factor in multiple sclerosis. S.S. Korsakov Journal of Neurology and Psychiatry. 2019;119(2-2):28–35. doi: 10.17116/jnevro20191192228 EDN: EYSRZO
  13. Mehrpour M, Akhoundi FH, Delgosha M, et al. Increased serum brain-derived neurotrophic factor in multiple sclerosis patients on interferon-β and its impact on functional abilities. Neurologist. 2015;20(4):57–60. doi: 10.1097/NRL.0000000000000053
  14. Hamamcioglu K, Reder AT. Interferon-beta regulates cytokines and BDNF: greater effect in relapsing than in progressive multiple sclerosis. Mult Scler. 2007;13(4):459–70. doi: 10.1177/1352458506069672
  15. Nociti V, Romozzi M. The role of BDNF in multiple sclerosis neuroinflammation. Int J Mol Sci. 2023;24(9):8447. doi: 10.3390/ijms24098447 EDN: LJMEAG
  16. Kopec BM, Kiptoo P, Zhao L, et al. Noninvasive brain delivery and efficacy of BDNF to stimulate neuroregeneration and suppression of disease relapse in EAE mice. Mol Pharm. 2020;17(2):404–416. doi: 10.1021/acs.molpharmaceut.9b00644
  17. Orabi M, Masry H, Shafy S, Esraa A. Serum level of brain-derived neurotrophic factor in patients with relapsing-remitting multiple sclerosis: a potentional biomarker of disease activity. The Egyptian Journal of Neurology, Psychiatry and Neurosurgery. 2021:57(40):1–8. doi: 10.1186/s41983-021-00296-2 EDN: QLNIFZ
  18. Lobzin SV, Golovkin VI, Kula II. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) as an immunomodulator in multiple sclerosis (MS). Izvestija Samarskogo nauchnogo centra Rossijskoj akademii nauk. 2015;17(1):774–777. EDN: UHLHBN
  19. Trushnikova TN, Medvedeva EL, Baidina TV, Danilova MA. Brain-derived and ciliary neurotrophic factors in patients with multiple sclerosis. S.S. Korsakov Journal of Neurology and Psychiatry. 2014;114(10-2):33–36. EDN: TGLTIV
  20. Naegelin Y, Saeuberli K, Schaedelin S, et al. Levels of brain-derived neurotrophic factor in patients with multiple sclerosis. Ann Clin Transl Neurol. 2020;7(11):2251–2261. doi: 10.1002/acn3.51215 EDN: GCMOAI
  21. Karimi N, Ashourizadeh H, Akbarzadeh Pasha B, et al. Blood levels of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in people with multiple sclerosis (MS): A systematic review and meta-analysis. Mult Scler Relat Disord. 2022;65:103984. doi: 10.1016/j.msard.2022.103984 EDN: CVRJZU
  22. Giovannoni G, Lai M, Thorpe J, et al. Longitudinal study of soluble adhesion molecules in multiple sclerosis: correlation with gadolinium enhanced magnetic resonance imaging. Neurology. 1997;48(6):1557–1565. doi: 10.1212/wnl.48.6.1557
  23. McDonnell GV, McMillan SA, Douglas JP, et al. Serum soluble adhesion molecules in multiple sclerosis: raised sVCAM-1, sICAM-1 and sE-selectin in primary progressive disease. J Neurol. 1999;246(2):87–92. doi: 10.1007/s004150050313 EDN: AWEPZD
  24. Ziliotto N, Zivadinov R, Jakimovski D, et al. Plasma levels of soluble NCAM in multiple sclerosis. J Neurol Sci. 2019;396:36–41. doi: 10.1016/j.jns.2018.10.023
  25. Jasiak-Zatońska M, Pietrzak A, Wyciszkiewicz A, et al. Different blood-brain-barrier disruption profiles in multiple sclerosis, neuromyelitis optica spectrum disorders, and neuropsychiatric systemic lupus erythematosus. Neurol Neurochir Pol. 2022;56(3):246–255. doi: 10.5603/PJNNS.a2022.0013 EDN: YMFJXT

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Clinical characteristics of patients. RRMS, relapsing-remitting multiple sclerosis; RRMS+DMT, RRMS treated with disease-modifying therapy; SPMS, secondary progressive multiple sclerosis; ARR, annualized relapse rate; PR, progression rate; EDSS, Expanded Disability Status Scale; MRI, magnetic resonance imaging; * differences are statistically significant compared with the RRMS group, р < 0.05.

Download (86KB)

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».