CC BY
70
УДК 612.821.6 + 615.78
Н.И. Дубровина, Д.Р. Зиновьев
ВЛИЯНИЕ ДИЗОЦИЛПИНА И БИКУКУЛЛИНА НА УГАШЕНИЕ УСЛОВНОЙ РЕАКЦИИ ПАССИВНОГО ИЗБЕГАНИЯ У МЫШЕЙ С ДЕПРЕССИВНО-ПОДОБНЫМ СОСТОЯНИЕМ
ГУ НИИ физиологии СО РАМН, Новосибирск
Выявлены особенности влияний блокады КМБЛ-рецепторов дизоцилпином и ГАМК-рецепторов бикукуллином и их взаимодействия на выработку и угашение условной реакции пассивного избегания мышей с реакцией «поведенческого отчаяния». У нормальных мышей дизоцилпин ухудшал обучение и задерживал угашение выработанного навыка. У «депрессивных» мышей с дефицитом угашения дизоцилпин ускорял угашение памяти о страхе. Бикукуллин не изменял выработку и сохранение рефлекса пассивного избегания у всех мышей. При последовательных введениях бикукуллин блокировал дефект обучения, вызванный дизоцилпином. Модификации угашения следа памяти определялись блокадой КМБЛ-рецепторов.
Ключевые слова: память, условная реакция пассивного избегания, угашение, депрессия, дизоцилпин,бикукуллин.
Баланс между активирующей глутаматной и тормозной ГАМК системами определяет эффективность взаимодействия 80% нейронов мозга и, таким образом, силу того или иного поведенческого акта. Отношения между глутаматной и ГАМК системами исследовались преимущественно при анализе вегетативных функций, тревожности, оборонительного поведения [13, 14]. Существенно меньше работ по взаимодействию этих систем в памяти [9], хотя участие как ГАМК-, так и КМБЛ-рецепторов доказано [5, 9, 16].
При использовании различных экспериментальных моделей депрессии выявлено, что развитие депрессивно-подобного состояния сопровождается дефицитом функционирования ГАМК системы [6] и ослабляется введением антагонистов КМБЛ-рецепторов [7, 12]. Характерными признаками депрессии являются пассивность поведенческих реакций, состояние агедонии и нарушение когнитивных функций [1, 20]. В последние годы одним из клинических проявлений депрессии рассматривается пролонгированность угашения следов памяти
о страхе [15, 18]. Однако угашение у животных с депрессивно-подобным состоянием исследовалось лишь в единичных работах [2, 19]. Вовлеченность ГАМК- и особенно КМБЛ-рецепторов в угашение выработанной условной реакции (УР) продемонстрирована достаточно
убедительно [4, 5, 11, 17]. Показано, что антагонисты КМБЛ-рецепторов блокируют угашение, а агонист Б-циклосерин усиливает этот процесс. Относительно взаимодействия этих рецепторов предполагается, что в процессе угашения реакции страха ГАМК через торможение активности областей мозга, участвующих в формировании условного страха, и глу-тамат через КМБЛ-рецепторы играют ведущую роль в нейрональной пластичности, обеспечивающей угашение [17]. Но анализа зависимости вклада ГАМК- и КМБЛ-рецепторов в нейрохимическое обеспечение угашения воспроизведения следа памяти от функционального состояния животного не проводилось. Следует отметить, что подобные исследования очень малочисленны [3, 8].
Поэтому цель настоящего исследования заключалась в анализе эффективности антагонистов ГАМК- и КМБЛ-рецепторов на обучение и угашение УР пассивного избегания мышей с депрессивно-подобным состоянием.
Методика
Эксперименты выполнены на 88 самцах мышей линии С57БЬ/61 в возрасте 3-3,5 мес., массой 22-25 г. Животных содержали в стандартных условиях вивария при свободном доступе к пище и воде. Опыты проводили с соблюдением принципов гуманности в соответствии с «Правилами проведения работ с исполь-
зованием экспериментальных животных» (Приложение к приказу МЗ СССР от 12.08.1977 г. № 755) и одобренных комитетом по биомедицинской этике ГУ НИИ физиологии СО РАМН.
В качестве модели депрессивно-подобного состояния использовали реакцию «поведенческого отчаяния», формируемую как результат принудительного плавания в водном бассейне в течение трех дней по 5 мин при температуре воды 22°С.
Через два дня проводили однократное ознакомление с экспериментальной установкой, предназначенной для выработки УР пассивного избегания. Камера состояла из освещенного и темного отсеков с отверстием. Условный рефлекс вырабатывали по общепринятой методике. В день обучения при переходе в темный отсек мышь получала электрокожное раздражение через металлические пластины пола током 0,5 мА длительностью 2 с. Показателем обучения и сохранения условного рефлекса служил латентный период (ЛП) перехода в темное отделение. Максимальное время наблюдения за животным составляло 180 с. Угашение выработанной реакции заключалось в последовательных предъявлениях экспериментальной камеры без наказания в течение 15 суток после обучения.
Анализировали влияние блокады NMDA-и ГАМК-рецепторов на обучение и угашение УР пассивного избегания при одиночных и последовательных введениях дизоцилпина (МК-801, «Sigma», США — блокатор ионных каналов NMDA-рецепторов) и бикукуллина («Sigma», США — антагонист ГАМКА-рецеп-торов). Препараты растворяли в физиологическом растворе и вводили внутрибрюшинно в объеме 0,2 мл на мышь. Дизоцилпин вводили за
1 ч до выработки рефлекса пассивного избегания в дозе 0,15 мг/кг, бикукуллин — за 30 мин до выработки в дозе 1 мг/кг. Регистрировали ЛП перехода 8 групп мышей: 1-я группа (n = 7) — контроль, норма (без формирования реакции «поведенческого отчаяния»); 2-я (n = 10) — контроль, депрессивно-подобное состояние; 3-я (n = 11) — норма с введением дизоцилпина; 4-я (n = 10) — депрессия с введением дизоцилпина;
5-я (n = 10) — норма с введением бикукуллина;
6-я (n = 10) — депрессия с введением бикукуллина; 7- я (n = 10) — норма с последовательными введениями дизоцилпина и бикукуллина; 8-я (n = 15) — депрессия с последовательными введениями дизоцилпина и бикукуллина.
Результаты обработаны статистически с помощью дисперсионного анализа
(ANOVA/MANOVA, Statistica, 5) с последующими плановыми сравнениями.
Результаты и обсуждение
Статистический анализ показателя воспроизведения следа памяти, ЛП перехода, мышей всех групп выявил значимость факторов группы (F7,75 = 3,53, p < 0,003), времени (F10,750 = = 75,31, p < 0,0001) и их взаимодействия (Ft0, ,750 = 4,66, p < 0 ,0001). На рис. 1 представлены результаты влияния антагонистов NMDA-и ГАМК-рецепторов на обучение и угашение УР пассивного избегания у мышей с неизмененным исходным состоянием. У мышей группы 3 дизоцилпин в дозе 0,15 мг/кг снижал эффективность обучения, проявившуюся в значимо меньших значениях ЛП перехода при регистрации в 1-3 сутки после выработки рефлекса (p < 0,05) по сравнению с контролем (группа 1). Однако в отличие от контрольных, у дизоцил-пин-инъецированных мышей в процедуре уга-шения наблюдалось длительное сохранение воспроизведения УР на сформированном уровне. Начиная с 7-х суток тестирования, ЛП перехода у таких мышей достоверно превышал значения контрольных особей с характерными признаками угашения (p < 0,05). У мышей группы 5 антагонист ГАМКА-рецепторов
0___________I__________2__________3__________4___________5__________7___________9__________11_________13_________11
Рис. 1. Влияние дизоцилпина, бикукуллина и их совместного введения на выработку и угашение условной реакции пассивного избегания мышей в норме.
Ромбы (группа 1) — введение физиологического раствора, квадраты (группа 3) — введение дизоцилпина в дозе
0,15 мг/кг, треугольники (группа 5) — бикукуллин в дозе 1 мг/кг, кружки (группа 7) — последовательное введение дизоцилпина и бикукуллина. * — p < 0,05,
+
различия достоверны по сравнению с контролем; — p < 0,05, различия достоверны по сравнению с группой 3;
# — p < 0,05, различия достоверны по сравнению с группой 5. По вертикали — латентный период перехода, с.
По горизонтали — дни тестирования (0 — день выработки рефлекса).
в дозе 1 мг/кг не изменял обучение и угашение условного рефлекса, и по показателям ЛП перехода ни в один из дней тестирования не было значимых отличий от контроля. В то же время совместная блокада NMDA- и ГАМК-рецепторов (группа 7) привела к тому, что би-кукуллин восстанавливал дефицит обучения, вызванный дизоцилпином, но не изменял задержки угашения выработанной УР. Отчетливо видно, что у мышей группы 7 регистрировались более высокие значения ЛП перехода на 1-4 сутки после выработки рефлекса по сравнению с мышами группы 3 (дизоцилпин-
инъецированные) и на 9-15 сутки по сравнению с группой 5 (бикукуллин-инъецированные)
(Рис. 1).
Совершенно иная картина влияний антагонистов NMDA- и ГАМК-рецепторов на обучение и угашение УР пассивного избегания выявлена у мышей с предварительно сформированной реакцией «поведенческого отчаяния» (Рис. 2). Прежде всего, отметим отсутствие угашения условного рефлекса у мышей с депрессивно-подобным состоянием (группа 2), что мы регистрировали и ранее [2]. Дизоцилпин у таких мышей (группа 4) не влиял на обучение и способствовал угашению выработанного рефлекса, что видно по неизменности ЛП перехода на 1-2 сутки тестирования, и снижению значений ЛП при угашении (3-15 сутки) по сравнению с контролем (группа 2). У «депрес-сированных» мышей бикукуллин (группа 6) не изменял процессов обучения и угашения УР пассивного избегания. Не обнаружено достоверных различий по ЛП перехода между группами 2 и 6 при тестировании УР во все сроки тестирования, то есть мыши показали одинаково хорошую обучаемость и длительную сохранность воспроизведения следа памяти, что отразилось в высоких значениях ЛП по сравнению с исходными данными (0 сутки). При совместной блокаде NMDA- и ГАМК-рецепторов у мышей с реакцией «поведенческого отчаяния» предварительное введение дизоцилпина блокировало задержку угашения, характерную для влияния бикукуллина при его одиночной инъекции. Значения ЛП перехода мышей группы 8 при тестировании на 3-13 сутки были достоверно ниже по сравнению с таковыми мышей группы 6 (р < 0,05).
Итак, установлена избирательность влияния блокады NMDA- и ГАМК-рецепторов на обучение и развитие угашения УР пассивного
0 —I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I-
0 1 2 3 4 5 7 9 11 13 15
Рис. 2. Влияние дизоцилпина, бикукуллина и их совместного введения на выработку и угашение условной реакции пассивного избегания мышей с депрессивно-подобным состоянием.
Ромбы (группа 2) — введение физиологического раствора, квадраты (группа 4) — введение дизоцилпина в дозе 0,15 мг/кг, треугольники (группа 6) — бикукуллин в дозе 1 мг/кг, кружки (группа 8) — последовательное введение дизоцилпина и бикукуллина. * — р < 0,05, различия достоверны по сравнению с контролем; # — р < 0,05, различия достоверны по сравнению с группой 6.
По вертикали — латентный период перехода, с.
Остальные обозначения как на рис. 1.
избегания. Дизоцилпин в норме (исходное функциональное состояние не изменено) ухудшал обучение и блокировал угашение, а при депрессии, не изменяя выработку рефлекса, сокращал время сохранения воспроизведения следа памяти о страхе. Снижение способности к обучению и задержка угашения при действии дизоцилпина согласуются с данными литературы [5, 16]. Появление стойкого сохранения страха перед «опасным» темным отсеком при продолжительном тестировании без наказания может быть обусловлено повышенной чувствительностью к аверсивным стимулам обстановки у дизоцилпин-инъецированных мышей. Нам представляется важным результат о способности дизоцилпина ускорять угашение у мышей с депрессивно-подобным состоянием. Так как известно, что у пациентов с депрессивным синдромом и у животных в экспериментальных моделях депрессии отмечалась пролонгирован-ность угашения памяти о страхе [2, 15, 18, 19], то эти данные представляют интерес для разработки фармакологических способов ускорения угашения памяти об аверсивных событиях. Обоснованная в экспериментальных исследованиях антидепрессивная активность дизоцил-пина [7, 12] может быть одним их механизмов его ускорения угашения памяти о страхе. В то же время данный факт выглядит парадоксом, поскольку преимущественный эффект антаго-
нистов КМБЛ-рецепторов заключался в задержке угашения [5, 7]. Но в исследованиях не учитывался фактор исходного депрессивноподобного состояния особей, хотя известна роль поведенческого статуса как детерминанты действия нейрофармакологических препаратов [3, 8, 19].
Влияний на обучение и угашение от блокады ГАМК-рецепторов не обнаружено ни в норме, ни при депрессивно-подобном состоянии. Наблюдаемое в наших опытах восстановление бикукуллином нарушения обучения УР пассивного избегания, вызванного дизоцилпином, у мышей с неизмененным поведенческим статусом соответствует ранее полученным данным
[10]. Подтверждением служат и результаты об антиамнестическом действии бикукуллина [9]. Мыши с реакцией «поведенческого отчаяния» на фоне дизоцилпина показали хорошую обучаемость, поэтому повышения уровня воспроизведения УР при действии бикукуллина трудно было ожидать.
Сложнее объяснить модификации процесса угашения при последовательной блокаде КМБЛ- и ГАМК-рецепторов. Отчетливо видно, что предварительное введение дизоцилпина не изменило эффективности влияний блокады ГАМКА-рецепторов на развитие угашения ни в норме, ни при депрессии. Последние факты могут свидетельствовать об отсутствия вклада ГАМКА-рецепторов в угашение памяти о страхе. Вероятно, снижение тормозного ГАМК-ергического контроля не несет основной нагрузки при экспрессии выработанной УР пассивного избегания. Действительно, в литературе существует представление о ключевой роли КМБЛ-рецепторов мозговых структур в запуске нейрональных изменений, которые обеспечивают обучение и потерю страха при угаше-нии [5, 16, 17]. Но в то же время очевидна необходимость детального анализа взаимодействия КМБЛ- и ГАМК-рецепторов, так как имеются данные о нарушении угашения аверсив-ных УР инверсным ГАМК агонистом БО-7142
[11] и прямым агонистом ГАМКА-рецепторов мусцимолом, которое предотвращалось активацией КМБЛ-рецепторов [4]. Более того, существует гипотеза, что модуляция активности КМБЛ-рецепторов регулирует степень, с которой ГАМК синаптическая передача вовлекается в угашение [17], однако она не имеет достаточных экспериментальных доказательств.
Таким образом, в настоящем исследовании установлено, что мыши с депрессивно-
подобным состоянием, сформированным в модели «поведенческого отчаяния», характеризовались избирательностью динамики процесса угашения памяти о страхе и влияния антагонистов NMDA- и ГАМК-рецепторов на обучение и угашение.
EFFECT OF DIZOCILPINE AND BICUCULLINE ON EXTINCTION OF THE PASSIVE AVOIDANCE REFLEX AT MICE WITH DEPRESSIVE STATE
N.I. Dubrovina, D.R. Zinovyev
The features of blockade of NMDA receptors by dizocilpine and GABA receptors by bicuculline and their interaction on learning and extinction of a passive avoidance response at mice with “behavioral despair” were revealed. At normal mice dizocilpine impared learning and retarded extinction of habit. At “depressive” mice with deficit of extinction dizocilpine facilitated extinction of conditioned fear. Bicuculline did not change learning and retention of a passive avoidance response at all mice. For want of sequential injections bicuculline blocked defect of learning induced by dizocilpine. Modifications of memory trace extinction are determined by blockade of NMDA receptors.
Литература
1. Григорьян Г.А. Проблема подкрепления. От целостного поведения к нейрохимическим основам и развитию психопатологий / Г.А. Григорьян // Журн. высш. нервн. деят. - 2005. - Т. 55. - № 6. - С. 747-761.
2. Дубровина Н.И. Угашение условной реакции пассивного избегания мышей с депрессивно-подобным состоянием / Н.И. Дубровина, Р.А. Томиленко // Российский физиол. журн. им. И.М. Сеченова. - 2006. - Т. 92. - № 9. -С. 1092-1099.
3. Томиленко Р.А. Влияние активации и блокады NMDA-рецепторов на угашение условной реакции пассивного избегания у мышей с разным уровнем тревожности / Р.А. Томиленко, Н. И. Дубровина // Российский фи-зиол. журн. им. И.М. Сеченова. - 2006. - Т. 92. - № 3. -С. 342-350.
4. Akirav I. Enhancement of conditioned fear extinction by infusion of the GABA agonist muscimol into the rat pre-frontal cortex and amygdala / I. Akirav, H. Raizel, M. Maroun // Eur. J. Neurosci. - 2006. - Vol. 23. - № 3. - P. 758-764.
5. Amygdalar NMDA receptors are critical for the extinction of multiple conditioned fear responses / H.J. Lee, J-S. Choi, T.H. Brown, J.J. Kim // J. Neurosci. - 2002. -Vol. 21. - № 11. - P. 4116-4124.
6. Benzodiazepines as antidepressants: Does GABA play a role in depression? / F. Petty, M.H. Trivedi, M. Fulton, A.J. Rush // Biol. Psychiat. - 1995. - Vol. 38. - № 9. - P. 578591.
7. Boyce-Rustay J.M. Genetic inactivation of the NMDA receptor NR2A subunit has anxiolytic- and antidepressant-like effects in mice / J.M. Boyce-Rustay, A. Holmes
// Neuropsychopharmacology. - 2006. - Vol. 31. - №. 11. -P. 2405-2414.
8. Cestari V. Strain- dependent effects of MK-801 on passive avoidance behavior in mice: interactions with morphine and immobilization stress / V. Cestari, A. Ciamei, C. Castellano // Psychopharmacology. - 1999. - Vol. 146. -№ 2. - P. 144-152.
9. Effect of the GABAergic system on memory formation and statedependent learning induced by morphine in rats / M.R. Zarrindast, M. Noorbakhshnia, F. Motamedi, et al. // Pharmacology. - 2006. - Vol. 76. - № 2. - P. 93-100.
10. Effects of MK-801 and ethanol combinations on
memory consolidation in CD1 mice: involvement of
GABAergic mechanisms / M. Aversano, A. Ciamei, V. Cestari, et al. // Neurobiol. Learn. Mem. - 2002. - Vol. 77.
- № 3. - P. 327-337.
11. Harris J. A. Evidence that GABA transmission mediates context-specific extinction of learned fear / J.A. Harris, R.F. Westbrook // Psychopharmacology (Berl). - 1998. -Vol. 140. - № 1. - P. 105-115.
12. Innovative approaches for the development of antidepressant drugs: current and future strategies /
L.E. Schechter, R.H. Ring, C.E. Beyer, et al. // NeuroRX. -2005. - Vol. 2. - № 4. - P. 590-611.
13. Interaction between glutamate and GABA systems in the integration of sympathetic outflow by the paraventricular nucleus of hypothalamus / Y.F. Li, K.L. Jackson, J.E. Stern, et al. // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. - 2006. - Vol. 291 -№ 6 - P. 2847-2856.
14. Johnson P.L. Panic-prone state induced in rats with GABA dysfunction in the dorsomedial hypothalamus is mediated by NMDA receptors / P.L. Johnson, A. Shekhar // J. Neurosci. - 2006. - Vol. 26. - № 26. - P. 7093-7104.
15. Maren S. Building and burying fear memories in the brain / S. Maren // The Neuroscients. - 2005. - Vol. 1. - № 1.
- P. 89-99.
16. NMDA receptor blockade and hippocampal neuronal loss impair fear conditioning and position habit reversal in C57Bl/6 mice / M.E. Bardgett, R. Boeckman, D. Krochmal, et al. // Brain Res. Bull. - 2003. - Vol. 60. - № 1-2. - P. 131142.
17. Pharmacological treatments that facilitate extinction of fear: relevance to psychotherapy / M. Davis, K.M. Myers, J. Chhatwal, K.J. Ressler // NeuroRX. - 2006. - Vol. 3. - № 1.
- P. 82-96.
18. Rescorla R.A. Protection from extinction / R.A. Rescorla // Learn. Behav. - 2003. - Vol. 31. - № 2. -P. 124-132.
19. Shumake J. Behavioral characteristics of rats predisposed to learned helplessness: reduced reward sensitivity, increased novelty seeking, and persistent fear memories // J. Shumake, D. Barrett, F. Gonzalez-Lima // Behav. Brain Res. - 2005. - Vol. 164. - № 2. - P. 222-230.
20. WillnerP. Chronic mild stress (CMS) revisited: consistency and behavioural-neurobiological concordance in the effects of CMS / P. Willner // Neuropsychobiology. - 2005. -Vol. 52. - № 2. - P. 90-110.
