CC BY
43
Медицинская иммунология 2001, Т. 3, № 3, стр 449-456 ©2001, СПбРОРААКИ
Оригинальная статья
ВЛИЯНИЕ ДЕФИЦИТА ИНТЕРЛЕЙКИНА-1 НА СОЦИАЛЬНОЕ ПОВЕДЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ МЫШЕИ
Мошкин М.П.*, Тамагава А.**, Колосова И.Е.*, Герлинская Л.А.*, Ивакура Е.**\ Эндо Е.**
*Институт систематики и экологии животных СО РАН, г. Новосибирск **Университет Тохоку, Сендай; ***Токийский университет, Токио
Резюме. В опытах на мышах с генетическим дефицитом IL- 1а и IL-1 (3 (IL-1 КО) изучена роль IL-1 в формировании поведенческого синдрома болезни, а также в распределении ресурсов между такими конкурирующими функциями, как защита от инфекций и развитие вторичных половых признаков. Подавление поведенческих реакций на ювенильного интрудера и на половозрелую самку, вызванное введением бактериального липополисахари-да (LPS), проявляется слабее у самцов линии IL-1 КО, чем у самцов родительской линии BALB/cA. Но это ослабление существенно зависит от условий содержания - изолированное или парами. Таким образом, влияние LPS на поведение осуществляется более стабильно при наличии IL-1, и, наоборот, при его отсутствии реализация эндо-токсинового эффекта через механизмы, компенсирующие дефицит цитокина, во многом зависит от социального контекста. Сравнительное изучение нокаутных мышей и мышей дикого типа показало, что IL-1 дефицитные самцы превосходят самцов линии BALB/cA по функциональной активности гонад, а также по склонности к межсам-цовой агрессии, которая проявляется в полной мере после предварительного контакта с ювенильными особями. Из полученных данных следует, что первичные изменения иммунной регуляции могут быть одной из причин постулируемых гипотезой иммунного гандикапа реципрокных отношений между иммунитетом и развитием анд-роген-зависимых форм поведения.
Ключевые слова: интерлейкин-1, социальное поведение, тестостерон.
М.Р. Moshkin, A. Tamagawa, I.E. Kolosova, L.A. Gerlinskaya, Y. Iwakura, Y. Endo
SOCIAL BEHAVIOR IN MALE MICE DIFICIENT IN GENES FOR INTERLEUKIN-1
Abstract. The role of interleukin-1 (IL-1) in the endotoxin-induced sickness behavior and in the reciprocal co-variation between immunocompetence and sexual demonstrations was studied in mice deficient in genes for both IL-la and IL-1J3 (IL-1 КО). Male mice of wild type (BALB/cA strain) injected with bacterial lipopolysaccharide (LPS) showed reduction of the behavioral responses to introduction in their cage juvenile male or mature female. LPS-induced change in the behavioral responses to intruders was attenuated in knockout mice. But this attenuation was more obvious when male mice were kept solitary then its were kept in groups. It seems to be that IL-1 independent effect of LPS depends on a social context more strongly than IL-1 dependent effect. IL-1 knockout mice had higher level of fecal testosterone than wild type mice did. It was in good coincidence with strain difference in intermale aggression. Males of BALB/cA never fought in pair-match tests staged after social isolation or after previous contacts with juveniles. Males of IL-1 КО fought in the all tests (except for one) staged after contacts with juveniles. According to this data we can conclude that primary changes in the regulation of immune function can be one of reasons for the reciprocal co-variation of immunocompetence and sexual demonstrations postulated by immunocompctence handicap hypothesis. (Med.Immunol., 2001, vol.3, N 3,pp 449-457)
Интерлейкин-1 (IL-1), продуцируемый активиро-Адрес для переписки: ванными моноцитами и макрофагами, а также клет-
Мошкин Михаил Павлович, ками гипоталамуса и гипофиза, воздействует на мно-
Институт систематики и экологии животных гие звенья нейроэндокринной регуляции [6,10]. IL-1, СО РАН, наряду с другими цитокинами, обеспечивает интег-
630091, Новосибирск, ул. Фрунзе, 11. рацию иммунных, нейроэндокринных и поведенчес-
Тел.: (3832) 170-986, факс (3832) 170-973. ких реакций организма на заражение [7,12]. В насто-
E-mail: [email protected] ящее время нейроэндокринные эффекты цитокинов
привлекают все больше внимание в качестве одного из ключевых механизмов защиты от паразитов, реализуемых не только на индивидуальном, но и на популяционном уровнях [18,21,25]. Последнее выражается прежде всего в изменениях поведения инфицированных животных. Наши исследования, выполненные на мышах с генетическим дефицитом IL-la и IL-1(3, позволяют проанализировать роль IL-1 в модификации поведения под влиянием инфекционных факторов, а также исследовать роль цитокинов в распределении ресурсов между такими конкурирующими функциями, как защита от инфекций и развитие анд-роген-зависимых вторичных половых признаков.
В работе использованы половозрелые (возраст 2,5-3 месяца) гомозиготные самцы с нуль мутациями (нокаут) по генам IL-la и IL-1(3 (IL-1 КО), половозрелые и ювенильные (возраст 3-4 недели) самцы дикого типа (BALB/cA) и половозрелые самки в возрасте 2-3 мес. Для лучшего различия партнеров при изучении полового поведения использовали самок линии C57Bl/6j. Мыши IL-1 КО первоначально были получены в Токийском университете на основе инбредной линии BALB/cA [19]. До начала опытов животных содержали однополыми группами по 5-6 особей в стандартных пластиковых клетках при световом режиме 14С:10Т (свет включали в 19 ч местного времени) и температуре 24°С. Брикетированный корм и воду давали ad libitum.
I. Поведенческие реакции на бактериальный эндотоксин IL-1 дефицитных самцов и самцов дикого типа
Как известно, введение бактериального эндотоксина моделирует комплекс поведенческих изменений, объединяемых понятием синдром болезни (sick syndrome). Это проявляется в снижении аппетита, уменьшении двигательной и социальной активности [20]. Адаптивное значение поведенческих изменений, вызванных бактериальным липополисахаридом (LPS), рассматривают с позиций экономии энерготрат инфицированным животным, а также как один из путей снижения риска передачи инфекции другим особям [17,18]. Первое предполагает одинаковое подавление всех форм активности, вне зависимости от мотивации, второе, наоборот, - мотивационную детерминированность поведенческих эффектов бактериального эндотоксина.
1.1. Поведенческие реакции на ювенильного самца и на половозрелую самку. Для изучения роли цитокинов в формировании дифференциальной чувствительности к бактериальному эндотоксину мы исследовали LPS-индуцированные изменения поведенческой реакции половозрелых самцов линий BALB/cA и IL-1 КО на интродукцию либо ювенильного самца, либо половозрелой самки. Тесты подо-
браны так, что при внешнем сходстве поведенческих актов они различаются по мотивационной основе.
За 30 ч до тестирования половозрелых самцов рассаживали по отдельным клеткам. Далее, в соответствии с методикой [13], к ним на 4 мин интродуциро-вали ювенильных самцов и регистрировали общее время, затраченное взрослой особью на социальное исследование интрудера (обнюхивание, аллогрум-минг, преследование, укусы и садки). Тесты были выполнены в 20-21, 23-24, 02-03 и 20-21 ч местного времени. Сразу после первого теста взрослым самцам вводили внутрибрюшинно LPS (L-4005, Е. Coli, серо-тип 055:В5, Sigma) в дозе 50 мкг/кг. Точно также исследовали и поведенческую реакцию на 5 мин интродукцию половозрелой самки. Тесты были выполнены до введения и через 3 ч после инъекции эндотоксина. Опыты начинали в 20 ч местного времени.
Введение LPS приводило к сокращению времени, затрачиваемого взрослыми самцами на исследование интродуцированных к ним ювенильных особей (рис. 1). Но этот эффект был выражен в меньшей степени у самцов IL-1 КО, чем у BALB/cA. Бактериальный эндотоксин вызывал также снижение числа садок, которое в данном экспериментальном контексте относится к одной из форм демонстрации социального доминирования половозрелых самцов над ювенильными (табл.1).
Во втором эксперименте интактные самцы обоих генотипов тратили более 50% времени на обнюхивание, аллогрумминг и преследование интродуцированных к ним половозрелых самок. При этом самцы линии В ALB/сА демонстрировали гораздо больше садок, чем IL-1 дефицитные самцы, которые вообще не проявляли каких-либо попыток к спариванию (табл.1). Введение LPS вызывало сокращение времени взаимодействия с интродуцированными самками только у самцов дикого типа - с 185±12 сек до 128±12 сек соответственно (Р<0,05). У нокаутных самцов время взаи-
0 3 6 24
Время после введения ЬРЭ, Ч
Рис.1. Влияние бактериального эндотоксина на время взаимодействия с ювенильным интрудером взрослых самцов И-1 КО и ВМВ/сА в тесте социального исследования. Различия между линиями - У-критерий Мэнн-Уитни
Табл.1. ВЛИЯНИЕ ЛПС НА ЧИСЛО САДОК ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ НОРМАЛЬНЫХ (ВА1.В/СА) И 11.-1 ДЕФИЦИТНЫХ (11.-1 КО) ВЗРОСЛЫХ САМЦОВ С ЮВЕНИЛЬНЫМИ САМЦАМИ ИЛИ С ПОЛОВОЗРЕЛЫМИ САМКАМИ
Интрудеры Линия fVinfif ЛКІХ п Время после введения ЛПС, ч
самцов 0 3 6 24
Ювенильные самцы BALB/cA 10 0,80 ± 0,29 0 ± 0* 0 + 0* 0,75 ± 0,41
IL-1 КО 12 1,42 + 0,40 0,17 ± 0,11** 0,75 ± 0,49 2,50 ± 0,94
Половозрелые самки BALB/cA IL-1 КО 5 5 4,00 ± 1,09 0 + 0## 4,20 + 0,86 0,80 ± 0,58#
*- Р<0,05 и ** - Р<0,01 (тест Мапп^ЬИпеу) по сравнению с числом садок до введения ЛПС (время - 0); # - Р<0,05 и ## - Р<0,01 (тест Мапп-У\№йпеу) по сравнению с самцами ВАЬВ/сА.
модействия до (176±31 сек) и после (174±16 сек) инъекции эндотоксина практически не различалось.
Обращает на себя внимание разная эффективность, с которой бактериальный эндотоксин подавлял поведенческие реакции на интродукцию либо ювенильного самца, либо половозрелой самки. В первом случае введение ЬР8 сокращало время взаимодействия с интрудером у самцов дикого и 1Ь-1 дефицитного типов на 80,6±4,4% и на 50,6±6,6% соответственно. Во втором случае исследовательская реакция на самку снижалась лишь на 30,5±6,1 % у самцов линии ВАЬВ/сАина7,2±12,9%улинии 1Ь-1 КО (Р<0,001 и Р<0,05 по сравнению с изменениями реакции на ювенильного интрудера). Значительные отличия были выявлены также по влиянию ЬРБ на число садок. В тесте с ювенильным самцом оно достоверно снижалось после инъекции эндотоксина, а в тесте с половозрелой самкой практически не изменялось (табл.1).
Итак, влияние бактериального эндотоксина на поведенческие реакции половозрелых самцов обоих генотипов существенно зависит от мотивации. В природе предки лабораторных мышей - дикие домовые мыши - живут таким образом, что ювенильные особи, которых взрослый самец встречает на своей территории, чаще всего являются его собственными детьми [3]. Поэтому ЬРЗ-индуцированное ограничение контактов с молодыми самцами приобретает, в соответствии с концепцией “эгоистичного гена” [2], значение адаптивного механизма, снижающего вероятность заражения потомков. В отношении же половозрелых самок приспособительная значимость такого ограничения менее очевидна. Одинаковое снижение чувствительности к эндотоксину, наблюдаемое у нокаутных самцов и самцов дикого типа, свидетельствует о том, что 1Ь-1, скорее всего, не участвует в мотивационной детерминации поведенческих реакций на бактериальное заражение.
1.2. Влияние бактериального эндотоксина на поведение в условиях конкуренции за полового партнера. Сравнительно недавно появились сообщения о том, что
развитие поведенческого синдрома болезни во многом зависит от экспериментальной обстановки, в которой проводилось тестирование [11,15]. Значение социального контекста для поведенческих эффектов LPS было исследовано на 10 взрослых самцах линии BALB/cA и 8 самцах линии IL-1 КО. За 10 дней до тестирования были сформированы пары из самцов, принадлежащих к одному генотипу. Один из самцов был помечен стрижкой в области спины. Условия их содержания полностью соответствовали описанным выше. Затем в течение 3 суток в период от 22 до 24 ч исследовали поведенческую реакцию самцов на 5-мин интродукцию половозрелой самки линии C57B1/6J. Каждую пару тестировали трижды - по одному разу за ночь. За 3 ч до первого теста обоим самцам вводили внутрибрюшинно физиологический раствор (0,05 мл/10 г). Перед вторым тестом одному из случайно выбранных партнеров (№ 1) вводили LPS (L-4005, E.coli, серотип 055:В5, Sigma) в дозе 50 мкг/кг, а другому (№2) снова физиологический раствор. На третий день 2-й партнер получал LPS, а 1-й
- физиологический раствор. Поведение самцов записывали на видеокамеру, затем при первом просмотре фиксировали поведенческие акты самца №1, а при втором
- самца № 2. Для каждого самца учитывали все формы контактов с другими особями, которые в данном тесте сводились к назо-назальным и назо-генитальным обнюхиваниям, аллогруммингу, преследованиям и к садкам при взаимодействии с самками.
Первое тестирование, выполненное после введения обоим партнерам физиологического раствора, показало, что наличие “конкурента” существенно подавляет поведенческую реакцию на половозрелую самку. Общее время, проведенное каждым из самцов в непосредственном контакте с самкой, было достоверно ниже (Р<0,01) у мышей обоих генотипов по сравнению с продолжительностью контактов, зарегистрированных при интродукции самок к изолированно содержавшимся самцам (Р<0,01; рис.2 и раздел 1.1.). Более того, даже суммарное время взаимодействия с самкой обоих самцов не превышало таковое, зафиксированное в опытах с сам-
цами, которых содержали изолированно. Еще более значительно содержание парами отразилось на числе садок, которое в 1-й день тестирования равнялось нулю (табл. 2), что достоверно меньше такового, продемонстрированного при интродукции самок к изолированно содержавшимся самцам ВАЬВ/сА (Р<0,01).
При втором и третьем тестировании введение ЬР5 вызывало у самцов дикого типа достоверное сокращение времени взаимодействия с самкой (рис.2), а также уменьшение числа контактов с самкой и самцом, которому инъецировали физиологический раствор (табл. 2). Реакция на введение бактериального эндотоксина у содержавшихся парами 1Ь-1 КО самцов существенно отличалась и от реакции самцов ВАЬВ/сА, и от реакции изолированно содержавшихся нокаутных мышей (см.
2.1.). Прежде всего дефицит 11.-1 не ослаблял поведенческие эффекты эндотоксина. При втором тестировании у ЬРБ-инъецированных нокаутных самцов было отмечено такое же, как и у самцов дикого типа, подавление частоты и продолжительности социальных контактов с самкой и с партнером по клетке. При этом продолжительность взаимодействия с самкой у партнера, получившего в этот день инъекцию физиологического раствора, значительно выросла по сравнению с первым днем, то есть имело место доминирование над ЬРБ-инъ-ецированным партнером в конкуренции за ограниченный ресурс - половозрелую самку. На третий день при смене особей, получавших ЬРБ и физиологический раствор, было отмечено восстановление поведенческой активности у самца №1. А вот у самца №2, имевшего накануне опыт социального доминирования, чувствительность к эндотоксину снизилась до уровня, характерного для изолированно содержавшихся самцов.
Табл.2. ПОВЕДЕНИЕ САМЦОВ ПРИ КОНКУРЕНЦИИ ЗА ПОЛОВОГО ПАРТНЕРА
Показатель Генотип Партнер Дни тестирования
1 2 3
Общее число ВАиЗ/сА 1 26,4 ± 2,6 10,2 ± 3,0* 44,2 ± 7,2
контактов 2 22,2 + 4,2 25,4 ± 5,8 5,6 ± 1,6**
с самкой їм КО 1 15,2 ± 1,1 2,5 ± 0,6** 14,3 ± 1,1
2 25,0 ± 4,2 37,5 ± 2,5 26,0 + 7,6
Число садок ВАЬВ/сА 1 0,0 ± 0,0 0,0 ± 0,0 4,8 ± 1,1*
2 0,0 ± 0,0 1,2 ± 0,8 0,0 ± 0,0
II.-1 КО 1 0,0 ± 0,0 0,0 ± 0,0 0,0 ± 0,0
2 0,0 ± 0,0 0,8 + 0,8 0,2 ± 0,2
Общее число ВА[_В/сА 1 7,0 ± 1,6 2,8 ± 0,7* 8,6 ± 1,8
контактов 2 10,0 ± 3,4 7,0 ± 1,5 3,0 ± 1,0*
с самцом ІМ КО 1 7,8 ± 2,9 2,0 ± 1,3* 4,0 ± 1,6
2 5,8 ± 2,2 4,0 ± 0,9 7,8 ± 4,2
Примечание: партнер №1 был инъецирован ЬРБ при 2-м тестировании (2-й день), а партнер №2 при 3-м (3-й день). * Р<0,05; ** Р<0,01 по сравнению с 1-м тестированием (критерий знаков).
Рис.2. Влияние бактериального эндотоксина на время взаимодействия с половозрелой самкой взрослых самцов И-1 КО и ВА1_В/сА в условиях социальной конкуренции. Стрелками обозначены самцы, которым вводили 1_РЗ.
* Р<0,05 - по сравнению с 1-м тестом (^критерий Мэнн-Уитни).
Таким образом, поведенческая чувствительность к ЬРБ у нокаутных мышей существенно меняется в зависимости от социального контекста, что может быть обусловлено неодинаковой реактивностью 1Ь-1-независимых механизмов. В условиях конкуренции нокаутные самцы реагируют на ЬРБ так же, как и самцы дикого типа. Но при снятии конкуренции, например, при нарушении социального равновесия, вызванного введением одному из партнеров (самец №1) бактериального эндотоксина, их чувствительность к ЬРБ вновь снижается (самец №2).
II. Контекст-зависимая агрессивность И-1 -дефицитных самцов и самцов дикого фенотипа
В современной эволюционной экологии широко обсуждается проблема оптимального распределения “жиз-
ненных сил” (trade-off) на воспроизводство и защиту от инфекций [22,23,24]. В частности, согласно гипотезе иммунного гандикапа [14], интенсивное развитие анд-роген-зависимых вторичных половых признаков, к числу которых относят и поведенческие демонстрации (например, межсамцовую агрессию), должно сочетаться с подавлением иммунитета, поскольку мужские половые гормоны обладают иммуносупрессивным действием [16,27]. Примеры реципрокных отношений между вторичными половыми признаками и иммунными функциями были получены при изучении различных видов млекопитающих и птиц [4]. При этом оказалось, что не только процессы, связанные с половым созреванием и развитием сексуальных демонстраций, влияют на иммунную систему, но и первичные изменения иммунореактивности отражаются на состоянии вторичных половых признаков. Так, при изучении двух линий кур Callus domesticus, селекционированных по величине гуморального иммунного ответа на введение эритроцитов барана, было установлено, что петушки из высокореактивной линии имели меньшие размеры гребня по сравнению с петушками из низкореактивной линии [26]. Не-селекционированный контроль занимал промежуточное положение. Распределение генотипов по концентрации тестостерона в плазме крови совпадало с таковым по развитию вторичных половых признаков.
К сожалению, селекционные опыты не дают ответа на хрестоматийный вопрос о первичности “курицы или яйца”, который неизбежно возникает при анализе причинно-следственных отношений между изменениями иммунореактивности, эндокринной функции гонад и вторичных половых признаков. Конструктивный шаг к решению этой проблемы становится возможным благодаря созданию новых генно-инженерных технологий, позволяющих адресно воздействовать на отдельные звенья иммунной или нейроэндокринной регуляции. Имея мышей с нокаутом по IL-1, мы исследовали, каким образом блокирование одного из центральных иммунорегуляторов отразится на эндокринной функции гонад и такой андроген-зависимой форме поведения, как межсамцовая агрессия.
2.1. Функциональная активность гонад и коры надпочечников у IL-1 дефицитных самцов и самцов дикого типа. Секреторную активность гонад и коры надпочечников оценивали по содержанию кортикостерона в фекалиях, которые собирали на чистую фильтровальную бумагу через 7 ч после рассаживания самцов по отдельным клеткам. В течение 27 ч от каждого самца собрано по 4 пробы в интервалах, указанных на рисунке 3. Экстракцию гормонов и радиоиммунное определение их количества проводили по методике, описанной нами ранее [1]. В работе были использованы коммерческие антитела (С-8784 и Т-4276, Sigma). Тесты на параллелизм показали хорошее совпадение наклона кривых связывания стандартов тестостерона и кортикостерона с таковыми, полученными при последовательном двухкратном увеличении объема анализируемых проб.
18-21 21-24 00- 03 18-21 18'21 21’24 № 03 18'21
Местное время, ч Местное время, ч
Рис.З. Суточная динамика концентрации кортикостерона и тестостерона в фекалиях самцов линий И-1 КО и ВА1.В/сА.
* - различия между линиями достоверны (Р<0,05; /’-тест Стьюдента).
Мыши линии 1Ь-1 КО имели более высокое содержание тестостерона, чем ВАЬВ/сА, при переходе от светлого времени к темному (рис. 3). В остальные периоды исследуемые линии не различались между собой. На концентрацию кортикостерона достоверно влиял лишь фактор времени. Самцы обоих генотипов демонстрировали суточный ритм адренокортикаль-ной активности с максимумом в вечерние часы.
Таким образом, в отдельные периоды суточного цикла 1Ь-1 дефицитные самцы характеризуются более высокой эндокринной активностью гонад по сравнению с мышами дикого типа.
2.2. Влияние социальной изоляции на межсамцовую агрессию в тесте попарного ссаживания. Как известно, социальная изоляция увеличивает агрессивность самцов домовых мышей. Поэтому для изучения межсамцовой агрессии 10 самцов линии 1Ь-1 КО и 10 самцов линии ВАЬВ/сА были рассажены в отдельные клетки. Возраст самцов 2-2,5 мес. Затем через 3 ч, 1,7 и 14 суток были выполнены внутрилинейные 15-мин тесты попарного ссаживания на нейтральной территории (клетка с чистыми опилками). Самцы с нечетными номерами были помечены стрижкой. В каждом тесте самцов ссаживали с разными партнерами. Тесты выполняли в темное время суток в интервале между 20 и 24 ч. Как и в предыдущем тесте, поведение самцов регистрировали видеокамерой при слабом красном свете. При обработке видеозаписей регистрировали число атак, число драк, преследования, виляние хвостом, аллогрумминг, замирание в ответ на аллогрум-минг, защитные стойки и обнюхивания.
Как показал двухфакторный дисперсионный анализ, социальная изоляция приводила к увеличению частоты контактов между самцами (рис. 4). Основной вклад в эти изменения вносил рост исследовательской активности, проявлявшейся в форме назо-назальных (/г372=6,51; Р=0,001) и назо-генитальных (Р372=7,44; Р<0,001) обнюхиваний. Возрастала также частота таких форм демонстрации доминирования подчинения, как чистка партнера (_Р372=2,87; Р=0,042) и, соответственно, замирание (^3 72=3,69; Р=0,016) в ответ на аллогрумминг. Более явная демонстрация агрессии (атаки и виляние хвостом) наблюдалась крайне редко, а драки не были зарегистрированы ни разу.
Изолированное содержание
Рис.4. Влияние социальной изоляции на частоту межсамцо-вых взаимодействий в 15-мин тесте попарного ссаживания.
Исходя из различий в эндокринной активности гонад, можно было ожидать более высокую агрессивность у 1Ь-1 -дефицитных самцов. Однако поведение самцов обоих генотипов существенно не различалось и было очень миролюбивым даже после 2-недельной изоляции. Отсутствие драк могло быть обусловлено тем, что в ответ на аллогрумминг как претензию на доминирование партнеры отвечали замиранием, демонстрируя тем самым готовность к подчинению. Корреляция между этими актами была высоко достоверной (г=0,78; Р<0,001).
2.3. Влияние предварительного контакта с ювенильными самцами на агрессивное поведение мышей 1Ь-1 КО и ВАЬВ/сА. Поводом для постановки этих экспериментов послужило случайное наблюдение, сделанное нами при изучении поведенческих эффектов ЦРБ. Через 5-6 дней после тестов социального исследования мы, учитывая высокую стоимость нокаутных мышей, использовали тех же самых взрослых самцов для предварительных опытов по оценке влияния бактериального эндотоксина на агрессивное поведение в тесте попарного ссаживания. За 3 ч до ссаживания одному из партнеров вводили ЬРБ в дозе 50 мкг/кг, а другому физиологический раствор. Однако поведение партнеров, получивших разные препараты, практически не различалось. Вместе с тем, во всех тестах попарного ссаживания 1Ь-1 -дефицитные самцы демонстрировали высокий уровень агрессии. В частности, среднее число драк составило у них 3,2±0,6 (п тестов = 6) за 15 мин. При ссаживании же самцов дикого типа не было зарегистрировано ни одной драки.
Таким образом, предварительные контакты с ювенильными самцами стимулировали агрессивность, но только у мышей линии 1Ь-1 КО. Эти различия могли быть обусловлены:
а) меньшей чувствительностью нокаутных мышей к эндотоксину, который вводили взрослым самцам сразу после первой 4-мин интродукции ювенильной особи (см. раздел 1.1);
б) большей способностью 1Ь-1-дефицитных самцов к трансформации поведения под влиянием предшествующего социального опыта.
Для разрешения этой дилеммы поставлено 2 эксперимента. В 1-м опыте 6 самцов ВАЬВ/сА и 6 самцов ТЬ-
1 КО в возрасте 2-2,5 мес были протестированы в полном соответствии с протоколом, который был использован при изучении поведенческой реакции на ювенильного самца. После первой интродукции молодого самца взрослым вводили LPS в дозе 50 мкг/кг. После 4-й интродукции взрослые самцы оставались в течение 5 дней в индивидуальных клетках. Затем самцы одинаковой генетической принадлежности были протестированы дважды (с суточным интервалом) в 15-мин тесте попарного ссаживания - каждый раз с разными партнерами. Условия проведения тестов и методика регистрации подробно изложены в разделе 2.2. Второй эксперимент был выполнен в точном соответствии с протоколом 1-го опыта, за исключением того, что взрослым самцам не вводили бактериальный эндотоксин. Также протестировано по 6 самцов каждой линии в возрасте 2-2,5 мес.
Эксперимент 1. Поведенческие реакции на интродукцию ювенильного самца и их изменения под влиянием LPS существенно не отличались от таковых, зарегистрированных ранее (раздел 1.1). Как и в предварительных экспериментах, опыт контактов с ювенильными особями резко дифференцировал линии IL-KO и В ALB/cА по агрессивности при ссаживании 2 самцов одного генотипа. В 15-мин тесте IL-1-дефицитные самцы демонстрировали значительно больше актов агрессии по сравнению с самцами дикого типа (рис.5).
Эксперимент 2. Последовательная подсадка ювенильных интрудеров приводила к росту агрессивности взрослых самцов линии IL-KO (рис.6). Во 2-м и 3-м тестах они демонстрировали более 10 актов агрессии (виляние хвостом и атаки), направленных на ювенильных интрудеров. Самцы дикого типа не проявляли агрессии ни в одном из тестов. К 4-му тесту у самцов обеих линий наблюдалось угасание исследовательской реакции на ювенильного интрудера. Суммарное время взаимодействия взрослых самцов с ювенильными было значительно больше у IL-1 дефицитных особей по сравнению с линией BALB/cA (224,7±19,6 сек и 153,1±9,1 соответственно; Р=0,013, [/-критерий Мэнн-Уитни). Вновь, как и в предыдущем эксперименте, опыт взаимодействия с ювенильными интрудерами приводил к росту агрессии при попарном ссаживании самцов IL-KO и не влиял на таковую при ссаживании самцов BALB/cA (рис.7).
Итак, предварительный контакт с ювенильными самцами “вскрывает” агрессивные потенции IL-1-дефицит-ных самцов. Этот эффект проявляется независимо от введения бактериального эндотоксина при тестировании социального исследования или за 3 ч до теста попарного ссаживания. Суммируя результаты всех опытов, включая и предварительные наблюдения, мы можем констатировать, что в 17 тестах попарного ссаживания, проведенных через 5-6 дней после контакта с ювенильными особями, самцы дикого типа не демонстрировали ни одной драки - 0/17 (тесты с драками/общее число тестов). В свою очередь, у самцов линии IL-1 КО лишь в 1 из 18 тестов не было драк - 17/18 (%2 = 31,2; Р<0,001).
Заключение
Итак, генетический дефицит И,-1а/Р ослабляет поведенческие эффекты бактериального эндотоксина, что хорошо согласуется с современными представлениями о роли цитокинов в формировании синдрома болезни [2,10,12]. Однако, как показывают наши опыты, чувствительность к ЬРБ во многом определяется условиями тестирования. При содержании 2 самцов в одной клетке 11.-1 независимые механизмы полностью компенсируют дефицит данного цитокина. В отсутствии же меж-самцовой конкуренции, при изолированном содержании, эффективность компенсаторных механизмов снижается до нуля, и 1Ь-1-дефицитные самцы одинаково реагируют на самку, интродуцированную к ним до или после инъекции эндотоксина. В совокупности эти результаты свидетельствуют о том, что поведенческие эффекты ЬРБ реализуются более стабильно при наличии 1Ь-1, и, наоборот, при его отсутствии реализация эндотоксинового эффекта через компенсаторные механизмы в значительной мере зависит от социального контекста.
Сравнительное изучение нокаутных мышей и мышей дикого типа показало, что реципрокные отношения между иммунитетом и вторичными половыми признаками, постулируемые гипотезой иммунного гандикапа [14], могут складываться в результате первичных изменений в иммунной системе. При этом 1Ь-1-дефицитные самцы превосходят самцов дикого типа по функциональной активности гонад, что создает предпосылки для большего развития вторичных половых признаков, которые у мышей проявляются в форме хемосигналов и поведенческих демонстраций. Однако простой социальной изоляции оказывается недостаточно для выявления различий в агрессивном поведении нокаутных самцов и самцов дикого типа. Только после предварительного контакта с ювенильными особями 1Ь-1 -дефицитные самцы демонстрируют высокую агрессивность, ожидаемую от них в соответствии с гипотезой иммунного гандикапа и в соответствии с представлениями о роли андрогенов в регуляции межсам-цовой агрессии [8,5].
Нокаутное подавление экспрессии отдельных генов является важным, но не исчерпывающим подходом к изуче-
ПВМВ/сА ■ 1Ы КО
Атаки Преследования Виляния хвостом Драки Замирания Защитные стойки
Рис.5. Агонистическое поведение самцов линий 11.-1 КО и ВАИЗ/сА, имевших опыт контактов с ювенильными интрудерами. (Эксперимент 1. Введение ЬРБ при контактах с ювенильными самцами.) * - Р<0,05, ** - Р<0,01, *** - Р<0,001 при сравнении линий (^/критерий Мэнн-Уитни).
Местное время
Рис.6. Время взаимодействия (верхняя панель) и число агрессивных актов против интрудера (нижняя панель), продемонстрированных мышами линий И-1 КО и ВАЬВ/сА при подсадке в их клетку ювенильного самца. * - Р<0,05 при сравнении линий (^/критерий Мэнн-Уитни).
О ВАЦЗ/сА ИИ-1 КО
Атаки Преследования Виляния хвостом Драки Замирания Защитные стойки
Рис.7. Агонистическое поведение самцов линий 11.-1 КО и ВАЬВ/сА, имевших опыт контактов с ювенильными интрудерами. (Эксперимент 2. Без введения ЬРв при контактах с ювенильными самцами.) * - Р<0,05, ** -Р<0,01, *** - Р<0,001 при сравнении линий (^критерий Мэнн-Уитни).
нию механизмов поведения животных. Открытыми остаются вопросы об этапах онтогенеза, на которых реализуются поведенческие эффекты нокаута, а также о собственной роли компенсаторных механизмов, развертывающихся в ответ на дефицит блокированных генов. Вместе с тем, ярко выраженные поведенческие отличия мышей линий IL-1 КО и ВALB/cА свидетельствуют о перспективности изучения роли цитокинов в регуляции не только иммунных и нейроэндокринных функций, но и в регуляции сложных форм социального поведения.
Благодарности
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 99-04-49927) и Центра исследований Северо-Восточной Азии Университета Тохоку (Сендай).
Список литературы
1. Герлинская Л.А., Мошкин М.П., Евсиков В.И. Методические подходы к оценке стрессированности диких животных. // Экология - 1993. - N6. - с.97-100.
2. Доукинз Р. Эгоистичный ген. - М.: Мир, - 1993. - 317с.
3. Кроукрофт П. Артур, Билл и другие: (Все о мышах). - М.: Мир, 1970. - 158с.
4. Лохмиллер Р., Мошкин М.П. Экологические факторы и адаптивная значимость изменчивости иммунитета мелких млекопитающих. - 1999. - N1. - с.37-58.
5. Науменко Е.В., Осадчук А.В., Серова Л.И., Шишкина Г.Т. Генетико-физиологические механизмы регуляции функций семенников. - Новосибирск: Наука, 1983. - 203с.
6. Besedovsky Н., del Ray A., Sorkin Е., Dinarello С. А. Immunoregulatory feedback between interleukin-1 and glucocorticoid hormones. // Science. - 1986. - Vol.233. -P.652-654.
7. Blalock J.E. The immune system our sixth sense. // The Immunologist. - 1994. - Vol.2. - P.8-15.
8. Brain P.F., Bowden N.J., Kelleway L.G. Anti-oestrogenic effects on fighting maintained by testosterone oroestradiol-replacement in castrated mice. //J. Endocrinol.
- 1980. - Vol.87. - P.4-5.
9. Cirulli Francesca, De Acetis L., Alieva E. Behavioral effects of peripheral administration in adult CD-I mice: specific inhibition of the offensive components of intermale agonistic behavior. // Brain Res. - 1998. - Vol.791. - P.308-312.
10. Crestani F., Seguy F., Dantzer R. Behavioral effects of peripheral injected interleukin-1: role of prostaglandins. // Brain Res. -1991. - Vol.542. - P.330-335.
11. Crinc L.S., Segall M.A. Behavioral effects of mouse interferon’s-a and -y and human interferon-a in mice. // Brain Res. - 1992. - Vol.590. - P.277-284.
12. Dantzer R., Bluthe R.M., Kent S., Kelley K.W. Behavioral effects of cytokines. // Interleukin-1 in the Brain
/ ed. Rothwell N., Dantzer R. - New York: Pergamon, 1992.
- P.135-151.
13. Fishkin R.J., Winslow J.T. Endotoxin-induced reduction of social investigation by mice: interaction with amphetamine and antiinflammatory drugs. // Psychopharmacol. - 1997. -Vol.132. - P.335-341.
14. Folstad I., Karter A.J. Parasites, bright males, and the immunocompetence handicap. // Am. Nat. - 1992. -Vol. 139. - P.603-622.
15. Friedman E.M., Reyes Teresa М., Coe C.L. Context-dependent behavioral effects of interleukin-1 in the rhesus monkey (Macaca mulata). // Psychoneurondocrinology -1996. - Vol.21. - P.455-468.
16. Grossman ChJ. Interactions between the gonadal steroids and the immune system. // Science -1985. - Vol.227.
- P.257-261.
17. Hart B.L. Biological basis of the behavior of sick animals.//Neurosci. Biobehav. Rev. -1988. - Vol.12. - P.123-137.
18. Hart B.L. Behavioural defense against parasites: interaction with parasite invasiveness. // Parasitology -
1994. - Vol. 109 - Supp.l. - P.139-151.
19. Horai R„ Asano М., Sudo K., Kanuka H., Suzuki М., Nishihara М., Takahashi М., Iwakura Y. Productiob of mice deficient in genes for interleukin (IL)-la, IL-ip, IL-la/P and 11-1 receptor antagonist shows that IL-1(3 is crucial in turpentine-induced fever development and glucocorticoid secretion. //J. Exp. Med. -1998. - Vol.187. - P.1463-1475.
20. Kent S., Bluthe R.M., Kelley K.W., Dantzer R. Sickness behavior as new target for drug development. // Trends Pharmacol. Sci. - 1992. - Vol.13. - P.24-28.
21. Loehle. С Social barriers to pathogen transmission in wild animal populations. Ecology -1995.
- Vol.76. - P.326-335.
22. Lochmiller R.L., Deerenberg Ch. Trade-offs in evolutionary immunology: just what is the cost of immunity. // Oikos - 2000. - Vol.88 - P.87-98.
23. Moshkin M.P., Gerlinskaya L.A. Evsikov V.I. The role of the immune system in behavioral strategies of reproduction. // J. Reprod and Develop. - 2000. - Vol. 46. -P.341-365.
24. Owens I.P.F., Willson K. Immunocompetence: a neglected life history traits or conspicuous red herring? // Trends Ecol. Evol. - 1999. - Vol.14. - P.170-172.
25. Poulin R. “Adaptive” changes in the behaviour of paraditized animals: a critical review. // Int. J. Parasitol. -
1995. - Vol.25. - P.1371-1383.
26. Verhulst S., Dieleman S.J., Parmentier H.K. A tradeoff between immunocompetence and sexual ornamentation in domestic fowl. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA - 1999. - Vol.96. - P.4478-4481.
27. Zuk М., McKean K.A. Sex differences in parasite infections: patterns and processes. // Int. J. Parasitol. -1996.
- Vol.26. - P.1009-1023.
поступила в редакцию 03.05.2001 принята к печати 21.06.2001
