CC BY
132. Ziv Y., Burns L. D., Cocker E. D., Hamel E. O., Ghosh K. K., Kitch L. J., El Gamal A., Schnitzer M. J.: Long-term dynamics of CA1 hip-pocampal place codes.//Nat Neurosci. — 2013—16 (3):264—6. doi: 10.1038/nn.3329.
3. Ghosh K. K., Burns L. D., Cocker E. D., Nimmerjahn A., Ziv Y., Gamal A. E., Schnitzer M. J.: Miniaturized integration of a fluorescence microscope.//Nat Methods. -2011—8 (10):871—8. doi: 10.1038/nmeth.1694.
4. Pnevmatikakis E. A., Giovannucci A.: NoRMCorre: An online algorithm for piecewise rigid motion correction of calcium imaging data.//J Neurosci Methods. — 2017—291:83—94. doi: 10.1016/j.jne-umeth.2017.07.031.
5. Lu J, Li C, Singh-Alvarado J, Zhou ZC, Fröhlich F, Mooney R, Wang F. MIN1PIPE: A Miniscope 1-Photon-Based Calcium Imaging Signal Extraction Pipeline.//Cell Rep. — 2018 — Jun 19;23 (12):3673—3684. doi: 10.1016/j.celrep.2018.05.062.
УДК 577.24
Стратилов В. А.1, Ветровой О. В.12
1 ФГБУН Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН, Санкт-Петербург, Россия.
2 ФГБОУ ВО "Санкт-Петербургский Государственный Университет", Биологический факультет, Санкт-Петербург, Россия.
Stratilov V. A.1, Vetrovoy O. V.12
1 Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences, Saint-Petersburg, Russia
2 Faculty of Biology, Saint-Petersburg State University, Saint-Petersburg, Russia
E-mail: stratilov.v@infran.ru
ВЛИЯНИЕ ПРЕНАТАЛЬНОЙ ГИПОКСИИ НА РАЗВИТИЕ НИКОТИНОВОЙ ЗАВИСИМОСТИ У ВЗРОСЛЫХ КРЫС ОПОСРЕДУЕТСЯ ИЗМЕНЕНИЕМ ГЛУТАМАТЕРГИЧЕСКОЙ СТИМУЛЯЦИИ ВЕНТРАЛЬНОЙ ТЕГМЕНТАРНОЙ ОБЛАСТИ
THE INFLUENCE OF PRENATAL HYPOXIA ON THE DEVELOPMENT OF NICOTINE ADDICTION IN ADULT RATS PROMOTED BY ALTERATIONS IN GLUTAMATE STIMULATION OF THE VENTRAL TEGMENTAL AREA IN ADULT RATS
DOI
Аннотация: Основная проблема нейробиологии аддикций заключается в отсутствии понимания причин широкой вариабельности индивидуальной предрасположенности к зависимостям [1], [2]. Накоплен существенный массив информации о наследственных факторах риска развития аддикций [3], [4], однако до сих пор не сформирована цельная картина представлений о влиянии факторов внешней среды, особенно в период перинатального онтогенеза, на эффективность функционирования системы «вознаграждения».
Клинические данные и результаты экспериментальных исследований на животных показывают влияние стресса матери, сопровождающегося выбросом эндогенных глюкокортикоидных гормонов, а также патологий плаценты на дальнейшее физическое [5]- [8] и когнитивное развитие потомства. Гипоксия является одной из наиболее распространенных форм пренатального стресса [9], [10].
В настоящем исследовании была произведена оценка влияния такого широко распространённого фактора, как пренатальная гипоксия (ПГ), сочетающего в себе, как компонент стресса матери, так и имитацию кислородной депривации плода, на дальнейшее развитие у потомства никотиновой зависимости во взрослом возрасте.
Ключевые слова: пренатальная гипоксия; глутаматергическая система; никотиновая зависимость; вентральная тегментарная область; аддикции.
Abstract: The main problem of the addictive neurobiology is the lack of understanding the reasons for the wide variability of individual predisposition to addictions [1], [2]. A substantial amount of information has been accumulated on hereditary risk factors for the development of addictions [3], [4], however, a complete picture of the concept of the influence of environmental factors, especially during the period of perinatal ontogenesis, on the efficiency of the "reward" system has not yet been formed.
Clinical data and the results of experimental studies on animals show the effect of maternal stress, accompanied by the release of endogenous glucocorticoid hormones, as well as pathologies of the placenta, on the further physical [5] — [8] and cognitive development of the offspring. Hypoxia is one of the most common forms of prenatal stress [9], [10].
In the present study, the influence of such a widespread factor as prenatal hypoxia (PG) on the further development of nicotine addiction in offspring in adulthood was assessed.
Keywords: prenatal hypoxia; glutamatergic system; nicotine addiction; ventral tegmental area; addiction.
Методика: С целью моделирования пренатальной гипоксии самок крыс подвергали 3 сеансам тяжелой гипобарической гипоксии на 14—16 сутки беременности (3 часа, 180 мм.рт.ст. (5 % О2), 20— 25 °С). У взрослых 3-месячных потомков оценивалась склонность к потреблению никотина (тест свободного потребления) в течение 2 недель, а также степень развития абстиненции в тесте предпочтения места (мотивационный эффект антагониста никотиновых аце-тилхолиновых рецепторов — мекамиламина) [11] после 2 недельной контролируемой индукции никотиновой зависимости при помощи осмотических помп Alzet. Количество дофамина в стриатуме и вентральной тегментарной области мозга (VTA) оценивалось методом ИФА. Уровни фосфорилированного по 34 треониновому остатку белка DARPP-32 (pThr34DARPP-32) в прилежащем ядре стриатума (NAcc) оценивались методом вестерн-блот. Плотность глутаматер-гической иннервации дофаминергических нейронов VTA оценивалась методом тройной иммунофлюоресценции.
Результаты: У ПГ крыс нами выявлена повышенная склонность к свободному потреблению никотина по сравнению с контрольными животными на вторую неделю тестирования. Также в тесте условнорефлекторной реакции избегания с использованием мека-миламина после 2 недельного контролируемого потребления никотина было обнаружено усиленное избегание мекамиламин-ассоци-ированной половины тестовой установки у ПГ крыс по сравнению с контролем.
При изучении особенностей функционирования дофаминер-гической системы мозга взрослых крыс, переживших ПГ, нами было обнаружено увеличение доли DARPP-32, фосфо- рили-рованного по Thr34, по отношению к общему DARPP-32 в NAcc на фоне отсутствия изменений количества дофамина в стриатуме и среднем мозге, и дофаминовых рецепторов 1 го типа в стриа-туме (вестерн блот, иммунофлуоресценция). Наблюдаемые паттерны фосфорилирования белка DARPP-32 при отсутствии изменений в количестве дофамина и его рецепторов 1 го типа в NAcc могут быть объяснены как локальным ослаблением глутаматной стимуляции нейронов NAcc, так и усилением глутаматной стимуляции нейронов VTA. С целью проверки гипотезы измененной глутаматергической стимуляции дофаминергических ней-
ронов VTA, иммуногистохимическим методом нами была установлена плотность VGluT2-позитивного (везикулярный глута-матный транспортер) сигнала на Nurrl (Nuclear related-1 protein, транскрипционный фактор, маркер дофаминергических нейронов и их клеток-прекурсоров) позитивных телах нейронов, демонстрирующая увеличенную иннервацию дофаминергических нейронов VGluT2-позитивными терминалями у ПГ крыс по сравнению с контролем. Это потенциально может играть огромную роль в развитии именно никотиновой зависимости, поскольку в VTA чувствительные к никотину nAChR7 располагаются преимущественно на глутаматергических терминалях.
Заключение: Таким образом, нами установлено, что:
1. Пережитая на 14—16 сутки внутриутробного развития, пренатальная гипоксия вызывает повышенную склонность к потреблению никотина во взрослом возрасте у крыс.
2. Абстинентный синдром, вызванный отменой 2-недельного хронического приема никотина и форсированный однократным введением мекамиламина более выражен у крыс, переживших пренатальную гипоксию.
3. Эффект пренатальной гипоксии не связан с изменениями в общем уровне дофамина в вентральной тегментарной области и прилежащем ядре стриатума взрослых крыс, также он не связан с изменением в количестве дофаминового рецептора первого типа в прилежащем ядре.
4. Пренатальная гипоксия приводит к достоверному увеличению доли фосфорилированного по 34 треониновому остатку белка DARPP-32 в прилежащем ядре стриатума у взрослых крыс.
5. Изменения в паттернах фосфорилирования DARPP-32, по-видимому, связаны с изменениями в глутаматной трансдукции в вентральной тегментарной области и прилежащем ядре стриатума.
Список литературы:
1. S. S. Martins, J. Santaella-Tenorio, B. D. L. Marshall, A. Maldonado, and M. Cerdá, "Racial/ethnic differences in trends in heroin use and heroin-related risk behaviors among nonmedical prescription opioid users," Drug and Alcohol Dependence, vol. 151, Jun. 2015, doi: 10.1016/j.drugalcdep.2015.03.020.
2. D. A. Nielsen et al., "Former heroin addicts with or without a history of cocaine dependence are more impulsive than controls," Drug and Alcohol Dependence, vol. 124, no. 1—2, Jul. 2012, doi: 10.1016/j. drugalcdep.2011.12.022.
3. J. C. Crabbe, "Genetic Contributions to Addiction," Annual Review of Psychology, vol. 53, no. 1, Feb. 2002, doi: 10.1146/annurev. psych.53.100901.135142.
4. L. A. Briand and J. A. Blendy, "Molecular and genetic substrates linking stress and addiction," Brain Research, vol. 1314, Feb. 2010, doi: 10.1016/j.brainres.2009.11.002.
5. S. Bloom, "Antenatal dexamethasone and decreased birth weight," Obstetrics & Gynecology, vol. 97, no. 4, Apr. 2001, doi: 10.1016/S0029— 7844 (00)01206—0.
6. N. P. French, R. Hagan, S. F. Evans, M. Godfrey, and J. P. Newnham, "Repeated antenatal corticosteroids: Size at birth and subsequent development," American Journal of Obstetrics and Gynecology, vol. 180, no. 1, Jan. 1999, doi: 10.1016/S0002—9378 (99)70160—2.
7. M. Nyirenda and L. Welberg, "Programming hyperglycaemia in the rat through prenatal exposure to glucocorticoids-fetal effect or maternal influence?," Journal of Endocrinology, vol. 170, no. 3, Sep. 2001, doi: 10.1677/joe.0.1700653.
8. J. Reinisch, N. Simon, W. Karow, and R. Gandelman, "Prenatal exposure to prednisone in humans and animals retards intrauterine growth," Science, vol. 202, no. 4366, Oct. 1978, doi: 10.1126/sci-ence.705336.
9. O. Vetrovoy et al., "Long-Term Effects of Prenatal Severe Hypoxia on Central and Peripheral Components of the Glucocorticoid System in Rats," Developmental Neuroscience, 2021, doi: 10.1159/000512223.
10. F. Xiong and L. Zhang, "Role of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis in developmental programming of health and disease," Frontiers in Neuroendocrinology, vol. 34, no. 1, Jan. 2013, doi: 10.1016/j. yfrne.2012.11.002.
11. T. Suzuki, Y. Ise, M. Tsuda, J. Maeda, and M. Misawa, "Mecam-ylamine-precipitated nicotine-withdrawal aversion in rats," European Journal of Pharmacology, 1996, doi: 10.1016/S0014—2999 (96)00723—6.
