Введение к работе
Актуальность проблемы
Проблема эмоционального стресса имеет огромную медико-социальную значимость Эмоциональный стресс возникает в конфликтных ситуациях, когда субъекты длительно не могут удовлетворить свои ведущие социальные или биологические потребности (К В Судаков, 1990)
Развитие эмоционального стресса определяется центральными механизмами Ведущая роль в организации соматовегетативных реакций в конфликтных ситуациях, порождающих эмоциональный стресс, принадлежит лимбико-ретикулярным структурам мозга и гипоталамусу, играющему триггерную (запускающую) роль (Ланг Г Ф, 1950, Анохин П К, 1960, Мясников А Л, 1965, PMacLean, 1970, Levi L, 1971, Горизонтов П Д, 1981, Судаков KB 1997) В основе нейрональных механизмов эмоционального стресса лежит избирательная реорганизация молекулярных нейрохимических свойств и пластическая перестройка метаболизма нейронов лимбических структур мозга и коры При эмоциональном стрессе в центральной нервной системе складывается специфическая нейрохимическая интеграция эмоционального возбуждения, которая характеризуется перестройкой интегративных функций нейронов на основе изменения их чувствительности к нейромедиаторам и нейромодуляторам (Юматов Е А, 1986) В процессе эмоционального возбуждения участвуют нейропептиды, например субстанция П, ангиотензин II, брадикинин и многие другие (Вальдман АВ, Звартау ЭЭ, Козловская ММ, 1976, Шерстнев ВВ, Бадиков ВИ, 1978, Юматов ЕА, Скоцеляс ЮГ, Быкова ЕВ, Гехт К, 1980). Среди эндогенных пептидов выявлен ряд веществ, повышающих устойчивость к эмоциональному стрессу, в частности, пептид, вызывающий дельта-сон (Коплик Е В , Хованская Т П, Ульянинский Л С , 1992, Каплан А Я, Кошелев В Б и др , 1992, Ковальзон ВМ, 1994, 2000, Прудченко И А , Михалева ИИ, 1994, Ковальзон ВМ, Сеспульо Р, Жуве М, 1997) Пептид, вызывающий дельта-сон, обладает широким спектром антистрессорных эффектов, действуя на органы стресс-маркеры, содержание моноаминов в центральной нервной системе, повышая
выживаемость животных в условиях конфликтных ситуаций (Судаков К В, Салиева Р М , Яновский К и др, 1991)
Другим примером соединения пептидной природы со стресспротективным эффектом является нейроактивный фрагмент адренокортикотропного гормона, синтетическим аналогом которого является Семакс (Каплан А Я, Каменский А А, Ашмарин ЙП, Незавибатько ВН, 1991, Ашмарин ИП, Мясоедов НФ, 1997) Антистрессорное действие Семакса в конфликтных ситуациях проявляется в подавлении стресс-индуцированной гипертрофии надпочечников и других проявлений эмоционального стресса (Прудченко И А , Михалева ИИ, 1994, Судаков KB, 1998)
Вышесказанное предопределило необходимость дальнейшего глубокого исследования центральных пептидергических механизмов развития эмоционального возбуждения на современном уровне с учетом факторов генетической детерминации Предпосылками к данному исследованию явились следующие закономерности, выявленные при изучении механизмов устойчивости к эмоциональному стрессу
1 Устойчивость к эмоциональному стрессу детерминируется генетическими
и индивидуальными механизмами (Юматов ЕА, 1977, Судаков KB, 1981,
Маркель А Л, 1985, Dunbar F , 1943)
2 В деятельности мозга существуют центральные пептидергические
механизмы устойчивости к эмоциональному стрессу, в которых принимают
участие стресспротективные пептиды, в частности, субстанция П, пролактин,
пептид, вызывающий дельта-сон, АКТГ, опиоидные пептиды (Юматов Е А, 1977,
Ашмарин И П и др , 1982, Судаков К В , Коплик Е В , 1982, Moore К Е, et al,
1987, Oehme Р et al, 1988)
3 При эмоциональных реакциях и эмоциональном стрессе в лимбико-
ретикулярных структурах головного мозга формируется специфическая
нейромедиаторная интеграция эмоционального возбуждения, запускающая весь
комплекс сомато-вегетативных проявлений
В свете этих представлений целью и задачами данного исследования явилось изучение роли антистрессорных пептидов в нейрохимической интеграции
эмоционального возбуждения На уровне целого мозга эта проблема может быть изучена при помощи картирования экспрессии ранних генов, отражающих активацию нейронных структур (Sharp FR, Sagar SM, Swanson RA, 1990) Ha уровне отдельных нейронов данная интеграция отражается в изменении характеристик импульсной активности и химической чувствительности к нейротрансмиттерам (Юматов Е А, 1986)
Цель работы: изучить центральные нейрофизиологические механизмы стресспротективного действия олигопептидов на примере пептида, вызывающего дельта-сон
Задачи исследования:
-
Изучить морфофункциональные характеристики действия ПВДС и в качестве сравнения аналога кортикотропина Семакса на лимбические структуры и сенсомоторную кору головного мозга путем исследования экспрессии раннего гена c-Fos в нейронах у крыс до и после стрессорной нагрузки
-
Изучить действие ПВДС на характер импульсной активности нейронов головного мозга, участвующих в интеграции эмоционального возбуждения
-
Изучить чувствительность нейронов эмоциогенных структур головного мозга к возбуждающим и тормозным нейромедиаторам в условиях подведения ПВДС
-
Выяснить хеморецепторные механизмы действия ПВДС на систему возбуждающих аминокислот
-
Определить роль NMDA-рецепторов и белкового синтеза в механизмах участия ПВДС в стрессиндуцированной активации паравентрикулярных ядер гипоталамуса
Концепция.
В формировании нейрохимической интеграции эмоционального возбуждения принимают участие ранние гены При стрессорной нагрузке в эмоциогенных структурах центральной нервной системы происходит усиление экспрессии раннего гена c-Fos Активация экспрессии раннего гена c-Fos при эмоциональном напряжении опосредована системой возбуждающих аминокислот и в частности действием глутамата
Пептид, вызывающий дельта-сон и нейроактивный фрагмент кортикотропина Семакс вызывают усиление экспрессии протоонкогена c-Fos в обычных условиях содержания и, напротив, подавляют стрессиндуцированную экспрессию c-Fos в триггерных эмоциогенных структурах головного мозга при эмоциональном напряжении
Участие антистрессорных олигопептидов в нейрохимической интеграции эмоционального возбуждения проявляется в снижении чувствительности глутаматных NMDA-рецепторов и изменении интегративной функции нейронов Таким образом, антистрессорные олигопептиды снижают стрессиндуцированную активацию лимбических структур головного мозга за счет подавления экспрессии ранних генов при участии NMDA-рецепторов
Научная новизна исследования. В работе впервые показано, что ПВДС и фрагмент АКТГ подавляют стрессиндуцированную экспрессию раннего гена c-Fos в паравентрикулярных ядрах гипоталамуса и лимбических структурах мозга у крыс после иммобилизации, сопровождающейся электрокожным раздражением В иссчедовании установлено, что эффекты олигоопептидов на эмоциогенные популяции нейронов различаются в контрольных условиях и при отрицательном эмоциональном напряжении В условиях эмоционального покоя ПВДС и фрагмент АКТГ индуцируют экспрессию гена c-Fos в паравентрикулярных ядрах гипоталамуса и лимбических структурах гочовного мозга Показано, что в активации нейронов эмоциогенных структур головного мозга важную роль играет глутаматергическая система мозга Обнаружено, что ПВДС повышает частоту импульсной активности нейронов лимбических структур мозга, а также обладает способностью блокировать возбуждающие эффекты глутамата и, таким образом, предотвращает явления глутаматяой стрессиндуцированной эксайтотоксичности
Впервые установлены хеморецепторные механизмы действия ПВДС на нейроны эмоциогенных структур головного мозга Показано, что участие ПВДС в интеграции эмоционального возбуждения реализуется за счет NMDA-глутаматных рецепторов ПВДС не оказывает эффекта на АМРА/каинатные глутаматные рецепторы, а также на рецепторы ГАМК Показано, что в механизмах подавления стрессиндуцированной экспрессии раннего гена c-Fos в паравентрикулярных ядрах
гипоталамуса существенная роль принадлежит NMDA-рецепторам и индукции синтеза белковых факторов
Теоретическая и практическая значимость исследования.
Выявлены особенности импульсной активности нейронов эмоциогенных структур головного мозга у активных (прогностически устойчивых к стрессорным нагрузкам) и пассивных крыс как в обычных условиях, так и при стрессорных нагрузках
Раскрыты нейрональные механизмы центрального действия ПВДС, обладающего выраженными стресс-протективными свойствами В частности, установлено, что ПВДС и Семакс модулируют экспрессию раннего гена c-Fos в паравентрикулярных ядрах гипоталамуса, медиальной и латеральной перегородке мозга В то же время ПВДС оказывает модулирующее действие на импульсную активность нейронов сенсомоторной коры, дорсального гиппокампа, переднего вентрального ядра таламуса и латерального гипоталамуса
В исследовании также показано, что ключевым звеном действия ПВДС является изменение химической чувствительности нейронов к возбуждающему действию глутамата Поскольку глутамату принадлежит важная роль в регуляции функций центральной нервной системы, результаты настоящего исследования открывают новые перспективы практического использования антистрессорных свойств ПВДС В частности, обнаруженные эффекты ПВДС и Семакса формируют фундаментальную базу для клинического применения данных пептидов в случаях формирования глутаматиндуцированной эксайтотоксичности для лечения ишемических повреждений мозга, судорожных состояний и тд Результаты исследования внедрены в педагогический процесс кафедры нормальной физиологии Московской медицинской академии имени И М Сеченова, а также в работу Института биоорганической химии им академиков М М Шемякина и Ю А Овчинникова РАН при создании рекомендаций для применения препарата Дельтаран в клинической практике
Положения, выносимые на защиту. 1 ПВДС, а также фрагмент кортикотропина Семакс активируют экспрессию гена c-Fos в паравентрикулярных ядрах гипоталамуса и перегородке и подавляют
стрессиндуцированную экспрессию гена c-Fos в паравентрикулярных ядрах гипоталамуса, перегородке и гиппокампе
-
ПВДС при микроионофоретическом подведении активирует нейроны дорсального гиппокампа и паравентрикулярных ядер гипоталамуса
-
Действие ПВДС на нейроны головного мозга опосредуется глутаматными NMDA-рецепторами, причем олигопептид уменьшает чувствительность глутаматных NMDA-рецепторов
-
Действие ПВДС зависит от интегративных механизмов нейронов на основе белоксинтезирующего механизма
Апробация работы. Материалы исследования доложены на втором и третьем российском конгрессе по патофизиологии (Москва, 2000 г, 2004 г), представлены и неоднократно обсуждались на XVIII Съезде физиологов России (Казань, 2001 г), представлены на XIX Съезде физиологов России (Екатеринбург, 2004 г), XX Съезде физиологического общества имени ИП Павлова (Москва, 2007), доложены на научной конференции молодых ученых института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (Москва, 10-11 октября 2001 г), а также на II Российской конференции молодых ученых (Москва, 24-28 апреля 2001 г), представлены на VII Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2000 г) и IX Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 2002 г), доложены на международном симпозиуме «Стресс и адаптация» (Белокуриха, 2003 г), «Стресс и поведение» (Москва, 2003 г), 2-м международном симпозиуме «Стресс и экстремальные состояния» (Карадаг, Феодосия, 2003 г), доложены на Ш Конференции молодых ученых «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины» (Москва, 20-24 января 2004 г) Данные также были представлены на 1-ой Международной конференции "Молекулярная медицина и биобезопасность" (Москва, 26-28 октября 2004 г), международном конгрессе "Neuroscience for Medicine and Psychology" (2007) Результаты исследования обсуждались на конференции в НИИ неврологии РАМН Помимо этого, результаты работы были неоднократно доложены и апробированы на заседаниях и сессиях НИИНФ РАМН, а также на конференциях кафедры нормальной физиологии ММА имени И М Сеченова
Публикации. По теме диссертации опубликована 31 научная работа
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследования, обсуждения результатов, заключения и выводов Работа изложена на 288 страницах машинописного текста, и содержит 29 рисунков и 24 таблицы Список использованной литературы представлен 539 источниками, из них 184 отечественных и 355 зарубежных
