Международная команда учёных с участием специалистов МГУ имени М.В. Ломоносова с помощью ультразвука вызвала у мышей эмоциональный стресс и изучила его физиологические последствия. Результаты работы опубликованы в журнале Progress in Neuropsychopharmacology & Biological Psychiatry.
Учёные определяют эмоциональный стресс как разновидность психологического стресса, возникающего под действием эмоциогенных факторов. Он может проявляться в виде тревоги и депрессии, а также приводить к развитию психических заболеваний. Ранее считалось, что эмоциональный стресс — исключительно человеческая черта, смоделировать его на животных не удавалось. По этой же причине физиологические последствия этого вида стресса были изучены крайне скудно.
«Данное исследование расширяет представления о моделировании депрессивных расстройств на грызунах неинвазивными подходами, основанными на натуралистических стимулах. Мы рассматривали ультразвуковой стресс грызунов как модель информационного стресса людей, проживающих в крупных городах и находящихся в состоянии хронической информационной неопределенности. Поскольку среди жителей современных больших городов все чаще регистрируются психоэмоциональные заболевания, то дальнейшее изучение данного протокола позволит оценить роль эмоционального стресса в аффективных расстройствах,— комментирует ведущий автор исследования, аспирант биологического факультета МГУ Дмитрий Павлов. — Это критически важно для разработки таргетированной терапии широкого спектра психоэмоциональных заболеваний, ассоциированных с влиянием информационно-обогащенной среды на жителей современных мегаполисов».
Международная команда биологов под руководством учёных МГУ смогла смоделировать эмоциональный стресс у мышей. Для этого животных из опытной группы подвергали воздействию ультразвука разной частоты. Животные из контрольной группы жили в идентичных условиях, только без ультразвукового воздействия. После трёх недель эксперимента учёные проводили поведенческие тесты и выявляли биохимические изменения в их организме.
Поведенческие тесты показали, что ультразвук вызывает у мышей эмоциональный стресс. Мыши из опытной группы были более тревожными и агрессивными, демонстрировали признаки депрессии. Как отмечают учёные, у животных под воздействием ультразвука изменилась экспрессия генов, связанных с выработкой серотонина. Этот вещество отвечает также и за суточные циклы сна и бодрствования. При нарушении метаболизма серотонина возникают нарушения сна, развивается депрессия.
После серии поведенческих тестов исследователи стали искать в мозге биохимические маркеры депрессии и стрессового воздействия. Учёные обнаружили, что в гиппокампе стрессированных мышей было меньше клеток, содержащих ответственные за нейрогенез белки Ki67 и Даблкортин (DCX). Плотность клеток с содержанием ионизированного кальций-связывающего фактора 1 (Iba-1) была наоборот повышена, что обычно бывает при травмах или болезнях мозга. Уровень экспрессии ряда генов, отвечающих за синтез белков, защищающих нейроны и способствующих образованию новых нервных клеток, был снижен. В частности, изменения коснулись генов нейротрофического фактора мозга (BDNF), его рецептора TrkB, а также противоапоптотической протеин-киназы B, фосфоролированной по серину 473.
Помимо изменения уровня экспрессии генов у мышей из опытной группы в тканях мозга и в плазме было повышено содержание прововоспалительных сигнальных молекул: интерлейкина-1β (IL-1β) и интерлейкина-6. Активность гликогенсинтазакиназы 3 тоже была повышена. С этим ферментом связывают развитие болезни Альцгеймера, сахарного диабета II типа и биполярного расстройства. В совокупности все перечисленные молекулярные признаки свидетельствуют о запуске воспалительных процессов и о снижении скорости образования новых нейронов и нервных связей.
Схожие молекулярные изменения возникают в мозге при депрессивном расстройстве. Таким образом, с помощью ультразвука нейробиологи впервые воссоздали модель эмоционального стресса на животных. Эту модель можно будет в дальнейшем применять для поисков и тестирования новых лекарственных препаратов и более глубокого изучения механизмов эмоционального стресса.
Ультразвук играет важную функцию в коммуникации многих животных. Так, у грызунов ультразвуке частотой 20-25 кГц соответствует сигналам опасности, частота 25-45 кГц свойственна нейтральным сигналам. Звуки с частотой выше 50 кГц отмечены в коммуникации между самкой и детёнышами, а некоторые паттерны в этом диапазоне частот считают смехом у крыс и мышей. Для создания стрессовых условий учёные использовали внезапно чередующийся ультразвук с частотами 20-25 кГц и 25-40 кГц, которые звучат как «ультразвуковой белый шум».
В исследовании также принимали участие сотрудники Маастрихтского университета (Нидерланды), Университет Льеж (Бельгия), ФГБНУ «НИИ общей патологии и патофизиологии», Первого МГМУ имени И.М. Сеченова, Санкт-Петербургского государственного университета, Китайского университета Гонконга, Федерального медицинского исследовательского центра психиатрии и наркологии имени В.П. Сербского, Вюрцбургского университета (Германия) и Оксфордского университета (Великобритания).
Текст: МГУ
Neuroinflammation and aberrant hippocampal plasticity in a mouse model of emotional stress evoked by exposure to ultrasound of alternating frequencies
Dmitrii Pavlov, Lucien Bettendorff, Anna Gorlova, Andrey Olkhovik, Allan V. Kalueff, Eugene D.Ponomarev, Anatoly Inozemtsev, Vladimir Chekhonin, Klaus-Peter Lesсh, Daniel C. Anthony, Tatyana Strekalova
