CC BY
69
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 612.821.015.3 +569.324.3
СОЦИАЛЬНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ АСИММЕТРИЧНО ИЗМЕНЯЕТ СОДЕРЖАНИЕ МОНОАМИНОВ В МОЗГЕ МЫШЕЙ ЛИНИИ BALB/c
И.В. Карпова1,В.В. Михеев2,Е.Р. Бычков3,А.А. Лебедев3,П.Д. Шабанов3
1 Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова, Россия, 197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого, д. 6/8
2Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова, Россия, 194044, Санкт-Петербург, ул. Ак. Лебедева, 6 3НИИ экспериментальной медициныг СЗО РАМН, Россия, 197376, Санкт-Петербург, ул. Ак. Павлова, 12
Целью работы явилось изучение роли межполушарной асимметрии дофаминергической и серотонинергической систем мозга при формировании синдрома социальной изоляции. Уровень дофамина (ДА), серотонина (5-НТ) и их метаболитов диоксифенилуксусной кислоты (ДОФУК) и 5-гидроксииндолуксусной кислоты (5-ГИУК) определяли в коре и подкорковых структурах левого и правого полушария мозга мышей линии BALB/c, содержавшихся в группе и в условиях социальной изоляции. Изолянты по сравнению с мышами, содержавшимися в группе, характеризовались снижением уровня ДА в левом стриатуме и увеличением уровня метаболита серотонина 5-ГИУК и отношения 5-ГИУК/5-НТ в правом стриатуме. В ответ на социальную изоляцию в гиппокампе наблюдали активацию дофаминергической и сертонинергической систем, что проявлялось повышенным уровнем ДА и ДОФУК в левом гиппокампе и увеличением уровня 5-НТ в обеих гемисферах и 5-ГИУК в правом гиппокампе. С другой стороны, в коре больших полушарий у изолянтов показано снижение активности дофаминергической и сертонинергической систем, которое было наиболее выражено в правой гемисфере. Данные изменения характеризовались снижением содержания метаболита дофамина ДОФУК и отношения ДОФУК/ДА в коре больших полушарий справа. Со стороны серотонинергической системы наблюдали снижение уровня 5-НТ в коре обоих полушарий и его метаболита 5-ГИУК в правой гемисфере у изолянтов по сравнению с животными, содержавшимися в группе. Однако, несмотря на многочисленные изменения содержания ДА, 5-НТ и их метаболитов ответ на социальную изоляцию, как в правом, так и левом полушарии, феномен межполушарной асимметрии был выявлен только в гиппокампе и характеризовался увеличением активности дофаминергической системы в левом гиппокампе по сравнению с контрлатеральным полушарием.
Ключевыге слова: межполушарная асимметрия, социальная изоляция, дофамин, серотонин, метаболизм
SOCIAL ISOLATION CHANGES ASYMMETRICALLY THE CONTENT OF MONOAMINES IN THE BALB/c MICE BRAIN
I.V. Karpova1,V.V. Mikheev2,E.R. Bychkov3,A.A. Lebedev3,P.D. Shabanov3
1 St. Petersburg State Medical University named after I.P. Pavlov, Russia, 197022, St. Petersburg, Lev Tolstoy St., 6/8
2Military Medical Academy named after S.M. Kirov, Russia, 190044, St. Petersburg, Ac. Lebedev St., 6 3Institute of Experimental Medicine NWB RAMS, Russia, 197376, St. Petersburg, Ac. Pavlov St., 12
The purpose of the study is to investigate the role of interhemispheric asymmetry of the dopaminergic and serotoninergic systems of the brain in formation of the syndrome of social isolation. The contents of dopamine (DA), serotonin (5-HT) and their metabolites dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC) and 5-hydroxyindolacetic acid (5-HIAA) have been determined in the cortex and subcortical structures of both the right and the left hemispheres of the brain in the BALB/c mice reared in groups and social isolation. The isolated mice are characterized by reduced level of DA in the left striatum and elevated level of 5-HIAA and ratio 5-HIAA/5-HT in the right striatum. In the hippocampus of isolated mice, the activation of both DA-ergic and 5-HT-ergic systems was observed, that is the high level of DA and DOPAC in the left hippocampus and the elevated level of 5-HT in both hemispheres and of 5-HIAA in the right hippocampus were registered. On the other hand, the reduction of both DA-ergic and 5-HT-ergic systems activity was shown to be in the right hemisphere. Decreased concentration of DOPAC and ratio DOPAC/DA in the right cortex were observed as well. As to 5-HT-ergic system, the reduced level of 5-HT in the both cortex of the hemispheres as well as 5-HIAA in the right hemisphere of isolated mice has been determined. The phenomenon of interhemispheric asymmetry characterized by high DA-ergic activity in the left hippocampus compared to contralateral hemisphere is revealed only in the
hippocampus but not in the striatum and the cortex though the different changes in DA and 5-HT metabolism in social isolation were registered.
Key words:interhemispheric asymmetry, social isolation, dopamine, serotonin, metabolism
Одним из существенных последствий социальной изоляции у грызунов является изменение активности дофаминергической системы мозга [5], что сопровождается увеличением уровня внутривидовой общительности и агрессии [6]. Вместе с тем, известно, что агрессивные и неагрессивные формы внутривидового взаимодействия по-разному контролируются левым и правым полушарием мозга. Так, у высокоагрессивных изолированных мышей линии BALB/c в регуляции аутогруминга и агрессивного поведения доминировало левое полушарие, а в контроле социабильности и исследовательской активности - правое [2]. Возникает вопрос, симметрична ли реакция моноаминергических систем мозга на социальную изоляцию и не связаны ли изменения поведения изолянтов с неодинаковой реактивностью моноаминергических систем левого и правого полушария.
Данные по исследованию распределения моноаминов в полушариях мозга грызунов достаточно противоречивы [11, 13, 14]. Многие из этих работ выполнены в связи с изучением асимметричного двигательного поведения [1, 10, 14]. Также показана связь между селективным изменением метаболизма дофамина (ДА) в правой медиальной префронтальной коре и способностью животных адаптироваться к стрессу [8, 19]. Введение фармакологических препаратов, например антидепрессанта кломипрамина, в ранний постнатальный период вызывало асимметрию в содержании ДА и серотонина (5-НТ) в лимбических структурах мозга у экспериментальных животных [7]. Отмечается роль межполушарной асимметрии дофаминергических и сертонинергических систем в формировании алкогольной зависимости [9, 18].
С другой стороны, социальная изоляция по-разному изменяет пре- и постсинаптические механизмы функционирования катехоламинергических и сертонинергических систем мозга [12, 16]. Однако роль моноаминергических систем левого и правого полушария в формировании синдрома социальной изоляции до сих пор изучалась лишь фармакологическими методами, влияющими преимущественно на постсинаптическое звено нейромедиаторной передачи [2, 15]. В настоящей работе исследовали влияние социальной изоляции на пресинаптические механизмы активности моноаминергических систем левого и правого полушария мозга. Уровень ДА и 5-НТ и их метаболитов диоксифенилуксусной кислоты (ДОФУК) и 5-гидроксииндолуксусной кислоты (5-ГИУК) определяли в стриатуме, гиппокампе и коре больших полушарий левой и правой половины мозга мышей линии BALB/с, содержавшихся в группе и в условиях социальной изоляции.
Методика
Опыты проводили на 27 самцах мышей линии BALB/c массой 20-22 г. Часть животных (14 мышей) подвергали длительной социальной изоляции, для чего в течение 12 недель их содержали в индивидуальных клетках из стеклотекстолита размером 12x10x10 см. Контрольных животных (13 мышей) в течение всего времени эксперимента содержали в стандартных клетках по 6 и 7 особей.
По окончании срока изоляции животных декапитировали, из правой и левой половины мозга на льду выделяли структуры головного мозга и помещали в 0,01 М раствор соляной кислоты: стриатум - в 35 мкл, гиппокамп - в 100 мкл, кору больших полушарий - в 150 мкл. Пробы гомогенизировали с помощью прибора УЗДН-2Т, центрифугировали в течение 10 мин при 15000g. Надосадочную жидкость собирали в пробирки и хранили до анализа при -90оС. Концентрации ДА, 5-НТ и их метаболитов - ДОФУК и 5-ГИУК определяли методом обращенно-фазной высокоэффективной жидкостной хроматографии с электрохимической детекцией на хроматографе BeckmanCoulter [17]. Хроматографическая система включала инжектор Rheodyne 7125 с петлей на 20 мкл для нанесения образцов, колонку Partisil 5ODS3 (4,6x250,0 мм) и амперометрический детектор LC-4C BAS. Определение концентраций исследуемых веществ проводили при потенциале +0,70 В. Подвижная фаза включала 0,1 М цитратно-фосфатный буфер с 1,1 мМ октансульфоновой кисотой, 0,1 М ЭДТА и 6% ацетонитрила (рН 3,0). Скорость элюции подвижной фазы составляла 0,8 мл/мин, время анализа одной пробы - около 15 минут.
Полученные данные подвергали компьютерной обработке, сравнивая данные по разным структурам мозга с использованием t-критерия Стьюдента при уровне статистической значимости различий р<0,05.
Результаты исследования и их обсуждение
Уровень ДА, его метаболита ДОФУК и величина отношения ДОФУК/ДА в структурах левого и правого полушария мозга у животных, содержавшихся в группе и в условиях социальной изоляции, представлены на рис. 1.
Рис. 1. Влияние длительной социальной изоляции на показатели метаболизма дофамина в стриатуме, гиппокампе и коре больших полушарий левой и правой половины мозга у мышей линии BALB/c. По оси ординат - содержание медиатора или метаболита (нг/мг ткани), отношение метаболит/медиатор, безразмерная величина; по оси абсцисс - группы животных: Str - стриатум, Hip - гиппокамп, Cr - кора больших полушарий, L - левая половина мозга, R - правая половина мозга, gr - мыши, содержавшиеся в группе, iso - мыши, содержавшиеся в изоляции, ДА -дофамин; ДОФУК - диоксифенилуксусная кислота, ДОФУК/ДА - отношение содержания диоксифенилуксусная кислота/дофамин. *р<0,05; **р<0,01 по отношению к ипсилатеральному полушарию мышей, содержавшихся в группе, #р<0,05 по отношению к контрлатеральному полушарию мышей внутри группы животных, содержащихся в социальной изоляции
Асимметрии по содержанию ДА в исследованных структурах мозга у мышей, содержавшихся в группе, выявлено не было. У изолянтов содержание ДА в левом стриатуме было достоверно ниже, чем у сгруппированных (р<0,05), в то время как по уровню ДА в правом стриатуме достоверных отличий не выявлено. Однако содержание ДА в левом и правом стриатуме у изолированных мышей достоверно не различалось. По содержанию ДОФУК и величине отношения ДОФУК/ДА в стриатуме исследованные группы животных не различались между собой.
В гиппокампе достоверные различия по содержанию ДА и его метаболита ДОФУК у изолированных и сгруппированных мышей также были выявлены только слева: обнаружена повышенная концентрация этих веществ только в левом гиппокампе изолянтов (р<0,05 и р<0,01 соответственно). В результате в гиппокампе изолянтов выявляли межполушарную асимметрию, характеризующуюся высоким содержанием ДА и ДОФУК в левой гемисфере (р<0,05). В гиппокампе достоверных различий в значениях отношения ДОФУК/ДА не выявлено.
Содержание ДА в коре больших полушарий у всех групп животных достоверно не отличалось. Однако содержание ДОФУК и величина отношения ДОФУК/ДА в правой коре изолированных мышей была ниже, чем у животных, содержавшихся в группе (р<0,01 и р<0,05 соответственно). Вместе с тем, сравнение концентраций ДОФУК и отношения ДОФУК/ДА в правой и левой коре у изолированных животных не выявило достоверных различий.
Данные по содержанию 5-НТ, его метаболита 5-ГИУК и отношение 5-ГИУК/5-НТ в структурах левого и правого полушария мозга у животных, содержавшихся в группе и в условиях социальной изоляции, представлены на рис. 2.
По содержанию 5-НТ в стриатуме достоверных различий между группами выявлено не было. Вместе с тем, было обнаружено достоверное увеличение 5-ГИУК и отношения 5-ГИУК/5-НТ в правом стриатуме изолированных животных по сравнению с этим показателем у сгруппированных мышей. Соответствующие различия в левом стриатуме были недостоверны. Асимметрии по содержанию 5-ГИУК и отношения 5-ГИУК/5-НТ в стриатуме как изолированных, так и сгруппированных мышей выявлено не было.
В гиппокампе у сгруппированных мышей асимметрия в концентрациях 5-НТ отсутствовала. У изолянтов по сравнению с животными, содержавшимися в группе, концентрация 5-НТ была достоверно выше как в левом, так и правом гиппокампе. Кроме того, в правом гиппокампе у изолянтов отмечена повышенная концентрация 5-ГИУК (р<0,05), в то время как по этому показателю в левом гиппокампе различия между сгруппированными и изолированными животными были недостоверны. Отношение 5-ГИУК/5-НТ в гиппокампе у исследованных животных не различались между собой.
Концентрации 5-НТ и 5-ГИУК в правой и левой коре мышей, содержавшихся в группе, не различалось. У изолянтов уровень 5-НТ как в правой, так и в левой коре был достоверно меньше, чем у сгруппированных мышей (р<0,05), но и у них асимметрия отсутствовала. Вместе с тем, было выявлено достоверное снижение 5-ГИУК в правой коре изолированных животных по сравнению с соответствующим показателем у сгруппированных мышей (р<0,01). Отношение 5-ГИУК/5-НТ в коре больших полушарий у исследованных животных не различалось.
В целом следует отметить, что в данном исследовании у животных, содержавшихся в группе, не наблюдали межполушарной асимметрии в активности дофаминергической и сертонинергической систем. Социальная изоляция вызывала выраженные изменения содержания ДА, 5-НТ и их метаболитов в исследуемых структурах мозга у мышей линии ВАЬВ/е и приводила к появлению межполушарной асимметрии в гиппокампе.
Изменения в стриатуме характеризовались снижением уровня ДА и увеличением уровня метаболита серотонина 5-ГИУК и отношения 5-ГИУК/5-НТ в левой и правой гемисфере соответственно. Снижение содержание ДА в стриатуме может быть связано как с угнетением синтеза, так и с ускоренным метаболизмом ДА. Однако показатели, свидетельствующее об изменении активности дофаминергической системы (уровень метаболита ДОФУК и отношение метаболита к медиатору ДОФУК/ДА) не изменялись. В то же время повышение уровня 5-ГИУК и отношения метаболита к медиатору 5-ГИУК/5-НТ в правом стриатуме свидетельствует об увеличение обмена 5-НТ в этой структуре в условиях социальной изоляции.
В гиппокампе в ответ на социальную изоляцию наблюдали активацию дофаминергической и сертонинергической систем, что проявлялось повышенным уровнем ДА и ДОФУК в левом гиппокампе и увеличением уровня 5-НТ в обеих гемисферах и 5-ГИУК в правом гиппокампе. Несмотря на выраженные изменения в обмене ДА и 5-НТ во всех исследованных структурах мозга, как ответ на социальную изоляцию, только в гиппокампе наблюдали межполушарную асимметрию, характеризующуюся увеличением активности дофаминергической системы в левом гиппокампе по сравнению с гиппокампом правого полушария.
Рис. 2. Влияние длительной социальной изоляции на показатели метаболизма серотонина в стриатуме, гиппокампе и коре больших полушарий левой и правой половины мозга у мышей линии BALB/c. По оси ординат - содержание медиатора или метаболита (нг/мг ткани), отношение метаболит/медиатор, безразмерная величина; по оси абсцисс - группы животных: Str - стриатум, Hip - гиппокамп, Cr - кора больших полушарий, L - левая половина мозга, R - правая половина мозга, gr - мыши, содержавшиеся в группе, iso - мыши, содержавшиеся в изоляции, 5-НТ -серотонин; 5-ГИУК - 5-гидроксииндолуксусная кислота; 5-ГИУК/5-НТ - отношение содержания 5-гидроксииндолуксусная кислота/серотонин. *р<0,05; **р<0,01 по отношению к ипсилатеральному полушарию мышей, содержавшихся в группе
Известно, что социальная изоляция способствует формированию агрессивного поведения у лабораторных грызунов [3]. Ранее в наших исследованиях с функциональным отключением левого и правого полушария было показано, что в контроле агрессивного поведения доминирует левое
полушарие [2]. Можно предположить, что наблюдаемая у мышей линии БЛЬБ/е межполушарная асимметрия с увеличением активности дофаминергической системы в левом гиппокампе также связана с агрессивным поведением, которое часто развивается у животных в условиях социальной изоляции.
В наших исследованиях у мышей-изолянтов показано снижение активности дофаминергической и сертонинергической систем в коре больших полушарий, которое было наиболее выражено в правой гемисфере. Данные изменения характеризовались снижением содержания метаболита дофамина ДОФУК и отношение метаболита к медиатору ДОФУК/ДА в правом полушарии изолянтов. Также у изолянтов наблюдали снижение уровня 5-НТ в коре обоих полушарий и его метаболита 5-ГИУК в правой гемисфере. В предыдущих исследованиях, выполненных на крысах, выращенных в изоляции, мы также отмечали снижение активности дофаминергической и сертонинергической систем во фронтальных областях коры [4]. Полученные данные свидетельствует об общности ответа на условия социальной изоляции у различных видов животных.
Заключение
Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что социальная изоляция вызывает разнонаправленные изменения активности дофаминергической и серотонинергической систем в стриатуме, гиппокампе и коре больших полушарий у мышей. При этом значимые изменения в содержании ДА, 5-НТ и их метаболитов ответ на социальную изоляцию наблюдали как в правом, так и левом полушарии, однако феномен межполушарной асимметрии был выявлен только в гиппокампе, он характеризовался увеличением активности дофаминергической системы в левом гиппокампе по сравнению с контрлатеральным полушарием.
Список литературы
1. Будилин С.Ю., Мидзяновская И.С., Шеголевский Н.В., Иоффе М.Е., Базян А.С.Асимметрия содержания дофамина в прилежащем ядре и моторное предпочтение у крыс // Журн. высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. - 2007. -Т.57, №5. - С. 598-603
2. Михеев В.В., Шабанов П.Д. Фармакологическая асимметрия мозга. - СПб: Элби-СПб, 2007. - 384 с.
3. Пошивалов В.П. Фармакологический анализ агрессивного поведения мышей, вызванного изоляцией // Журн. высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. - 1974. - Т.24, №5. - С.1079-1081.
4. Шабанов П.Д., Лебедев А.А. Зоосоциальное поведение крыс // Обзоры по клин.фармакол. и лек. терапии. - 2007. - Т.5, №3. - С. 2-79.
5. Шабанов П.Д., Мещеров Ш.К., Лебедев А.А. Синдром социальной изоляции. - СПб: Элби-СПб, 2004. -208 с.
6. Шабанов П.Д., Русановский, В.В., Лебедев А.А. Зоосоциальное поведение млекопитающих. - СПб: Элби-СПб, 2006. - 160 с.
7. Andersen S.L., Dumont N.L., Teicher M.H. Differences in behavior and monoamine laterality following neonatal clomipramine treatment //Dev. Psychobiol.-2002. - V.41, N1. - P. 50-57.
8. Berridge C.W., Mitton E., Clark W., Roth R.H. Engagement in a non-escape (displacement) behavior elicits a selective and lateralized suppression of frontal cortical dopaminergic utilization in stress //Synapse.- 1999. -V.32, N3. - P. 187-197.
9. Carlson J.N., Drew S.K. Individual differences in ethanol self-administration following withdrawal are associated with asymmetric changes in dopamine and serotonin in the medial prefrontal cortex and amygdala // Alcohol Clin. Exp. Res.- 2006. - V.30, N10. - P. 1678-1692.
10. Castellano A., Diaz-Palarea M.D., Rodrigues M., Barroso G. Lateralization in male rats and dopaminergic system: evidences of right-side population bias // Physiol. Behav. - 1987. - V.40. - P. 607-612.
11. Diaz P., Gonzales M.C., Rodrigues M. Behavioral lateralizationin the T-maze and monoaminergic brain asymmetries // Physiol. Behav. - 1987. - V.40, N6. - P. 785-789.
12. Fabricius K., Steiniger-Brach B.,Helboe L., Fink-Jensen A., Wortwein G. Socially isolated rats exhibit changes in dopamine homeostasis pertinent to schizophrenia //Int. J. Dev. Neurosci.- 2011. - V.29, N3. - P. 347-350.
13. Glick S.D., Jerussi J.P. Spatial and paw preferences in rats: their relation to rate-dependent effects of d-amphetamine // J. Pharmacol. Exp. Ther. - 1974. - V.188. - P. 714-725.
14. Glick S.D., Shapiro R.M. Functional and neurochemical mechanism of cerebral lateralization in nonhuman species. - Orlando: Acad. Press, 1985. - P. 57-183.
15. Han X., Li N., Xue X., Shao F., Wang W. Early social isolation disrupts latent inhibition and increases dopamine D2 receptor expression in the medial prefrontal cortex and nucleus accumbens of adult rats //Brain Res.- 2012. -V.1447. - P. 38-43.
16. Jones G.H., Hernandez T.D., Kendall D.A., Marsden C.A., Robbins T.W. Dopaminergic and serotonergic function following isolation rearing in rats: study of behavioural responses and postmortem and in vivo neurochemistry //Pharmacol. Biochem. Behav.- 1992. - V.43, N1. - P. 17-35.
17. Krasnova I.N., Bychkov E.R., Lioudyno V.I., Zubareva O.E., Dambinova S.A. Intracerebroventricular administration of substance P increases dopamine content in the brain of 6-hydrodopamine lesioned rats // Neuroscience. - 2000. - V.95, N1. - P. 113-117.
18. Nielsen D.M., Crosley K.J., Keller R.W., Glick S.D., Carlson J.N. Ethanol induced differences in medial prefrontal cortex dopamine asymmetry and in nucleus accumbens dopamine metabolism in left- and right-turning rats //Brain Res.- 1999. - V.823, N1-2. - P. 207-212.
19. Sullivan R.M., Dufresne M.M. Mesocortical dopamine and HPA axis regulation: role of laterality and early environment //Brain Res.- 2006. - V.1076, №1. - P.49-59.
