Введение к работе
Актуальность проблемы. Новая интегративная наука, психонейроиммунология, появившаяся в последней трети XX века, с каждым годом все больше привлекает внимание исследователей. Это обусловлено тем, что понимание функционального единства нервной и иммунной систем, характера взаимодействия между ними открывает впечатляющие перспективы в самых различных областях экспериментальной и клинической медицины, позволяет пересмотреть лечебную тактику при борьбе со многими заболеваниями.
Общность иммунной и нервной систем к настоящему времени является хорошо известным фактом и подтверждается наличием у этих систем памяти, способности воспринимать и перерабатывать информацию, формировать ответ; а также существованием сетевых взаимоотношений и саморегуляции функций (Толкунов Б.Ф., 1978; Козлов В.А с соавт., 1982; Девойно Л.В. с соавт., 1998-2009; Акмаев И.Г., 1996; Wegent D.A., Blalock J.E., 1997; Raber J. 1998; Cohen F. 1999; Yayley S 1999; Корнева E.А. 2000; Судаков К.В., 2000; Wong M. 2000; Turin N. 2001; Anisman M. 2002, 2003; Dantzer R. 2000, 2004; Elenkov J. et al., 2000, 2006; Wrona D. 2006; Мюльберг А.А. 2006 и др.).
Взаимодействие основных адаптационных систем организма подразумевает регулирующее влияние со стороны иммунной системы на функции центральной нервной системы; при этом одной из ключевых проблем является расшифровка связи между процессами высшей нервной деятельности и иммунным статусом человека и животных. Однако, именно этот аспект является одним из наименее изученных в нейроиммунологии.
Известно, что нервная система испытывает влияние со стороны иммунной системы. Исследования, проведенные в этом направлении в России и за рубежом, позволили установить, что как в интактном организме, так и в процессе формирования иммунного ответа в центральной нервной системе (ЦНС) перманентно возникают закономерные модуляции на уровне электрофизиологических, биохимических и молекулярно-биологических параметров. Показано, что продукты иммунокомпетентных клеток (ИКК) обладают психо- и нейротропной активностью; участвуют в физиологических механизмах памяти, регуляции сна и бодрствования, активности гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, реализации стресс-реакции (Девойно Л.В. 1991, 1998; Raber J. 1998; Krueger J.V. et al., 1998; Cohen F. 1999; Yayley S. 1999; Корнева E.А. c соавт., 2000, 2003;Wong M. 2000; Turin N. 2001; Anisman M. 2002, 2003; Арушанян Э.Б., Бейер Э.В., 2004; Dantzer R. 2003, 2004, 2006; Elenkov J. 2006; Wrona D. 2006; Мюльберг А.А. 2006; Jaferi A., Bhatnager S., 2007; Quah N., Banks W.A. 2007 и др.). Формирование иммунного ответа на различные антигены сопровождается модуляцией процессов высшей нервной деятельности, в том числе поведения, модификация которого в процессе активации иммунной системы имеет адаптивное значение (Buttini M., Boddeke H., 1995; Хаитов Р.М., 1997; Dantzer R., Wollman E., 1998; Blutte R. 1998; Vidal J., 1999; Клименко В.М.,1999; Hanisch U.K., 2001; Ветлугина Т.П. 2001; Мошкин М.П. с соав. 2003; Shen Y-A et al., 2004; Weil Z.V., et al, 2006; Lane E.L., et al, 2006; Ching S., et al, 2006; Hopkins S.J., 2007; Учакин П.Н. 2008 и др.).
Тем не менее, вопрос о том, какими путями может реализоваться афферентное звено взаимодействия иммунной и нервной систем остается спорным. В качестве триггерных факторов, приводящих к модуляции высшей нервной деятельности в процессе иммуногенеза, выступают по всей видимости изменение мембранного потенциала активированных ИКК и продуцируемые ими цитокины (интерлейкины, интерфероны и др.), (Клименко В.М., 1999; Turrin N.P., Plata-Salaman C.R. , 2000; Larson S.J., Dunn A.J, 2001; Dantzer R. 2007 и др.). Показано, что строма и паренхима лимфоидных органов имеет богатое представительство афферентных нервных окончаний (Сапин М.Р.,1987; Филиппова Л.В., Ноздрачев А.Д., 2007; Билич Г.Л. Сапин М.Р., 2007; Орлов Р.С., Ноздрачев А.Д., 2009 и др.). При этом ИКК и нервные окончания образуют своеобразные синапсы, активирующиеся при изменении мембранного потенциала указанных клеток, а также при воздействии цитокинов, продуцируемых ИКК (Веселовский Н.С., Федулова С.А., 1983; Абрамов В.В., 1988; Felten S.Y., Felten D.L., 1991; Bluthe, R. M. et al., 1994, 1996; Dantzer R. et al., 1999).
Установлено, что клетки мозга (нервные и глиальные) подобно клеткам иммунной системы, несут на мембране рецепторы цитокинов; причем, синтез и продукция ряда цитокинов, равно как и экспрессия их рецепторов в головном мозге, изменяются при воздействии различных иммунных стимулов (Reinisch N., еt.аl., 1994; Van Dam A., et.al., 1995; Eriksson C., et.al., 2000; Carpenter D. 2002; Dantzer R., 2004; Болдырев А. А., Тунева Е. О., 2005; Dantzer R., 2007; Ader R., 2007; Siegel A., Zalcman S.S., 2009 и др.). Можно сказать, что мозг способен "чувствовать" продукцию цитокинов при развитии той или иной иммунной реакции в организме и отвечать на эту реакцию синтезом цитокинов в клетках нервной ткани, отражением чего является модуляция процессов высшей нервной деятельности, в том числе и поведенческих реакций. Существенную роль при этом играют и нейромедиаторные системы мозга, активность которых также подвержена влиянию со стороны иммунной системы (Hayles S. Et al., 1999; Brebnen K. еt.аl., 2000; Turrin N.P., Plata-Salaman C.R., 2000; Larson S.J., Dunn A.J., 2001, 2006).
Более того, обнаружено, что синтез некоторых цитокинов, в том числе ИЛ-1,-2,-4,-6,-10,-18,-23, ИЛ-1-Р, ЭП-Р, ФНО и др. в структурах мозга, наблюдается не только в результате активации иммунной системы, но и у животных в нормальных физиологических условиях (Neveu P.J.,1998; Клименко В.М, 1999; Dantzer R., 2004, 2006; Siegel A., Zalcman S.S., 2009; Захаров Ю. М., 2007 - 2009 и др.). Следовательно, имеет место конститутивный уровень экспрессии цитокинов и их рецепторов, равно как и базовая выработка большинства про- и противовоспалительных цитокинов в мозге, что предполагает их участие в реализации нормальных физиологических функций нервной системы в том числе и в формировании определенного стереотипа поведения.
В то же время, иммунная и нервная системы не только обладают общим полем гуморальных факторов (включающим интерлейкины, интерфероны, простагландины, нейромедиаторы, нейропептиды и др.), но и постоянно контактируют посредством своих клеточных элементов, характеризующихся выраженным фенотипическим и функциональным сходством (Хаитов Р.М., 1997; Kadiiski D et al., 2001). Как указывалось выше, в строме и паренхиме лимфоидных органов имеются отростки различных нейронов - сенсорные и вегетативные нервные окончания. В свою очередь, ИКК, как описано в ряде работ, обладают способностью проникать в паренхиму нервной ткани через неповрежденный гематоэнцефалический барьер и непосредственно контактировать с нейронами и глиальными клетками, модулируя их функциональную активность. (Gordon S., et all, 1993; Беляева И.А., с соавт 1999; Hickey W.F., 1999). Поскольку способность к непосредственному контакту и взаимодействию клеток иммунной и нервной систем приобретается на ранних этапах эмбриогенеза (Hickey W.F., 1999), не исключено влияние иммунной системы и, в частности ее клеточных элементов, на формирование и регуляцию поведенческих реакций индивидуума. Тем не менее, именно этот аспект взаимодействия указанных систем остается одним из наименее изученных.
Актуальность исследования афферентной организации взаимодействия иммунной и нервной систем, изучения механизмов ответа мозга на активацию иммунной системы, участия иммуногенных факторов и клеточных элементов иммунной системы в реализации его физиологических функций, в частности поведенческих реакций, определяется как наличием широкого спектра неврозоподобных, аффективно-личностных, когнитивных и поведенческих нарушений, возникающих при вторичных иммунодефицитах вследствие повторных и хронически действующих экологических и социальных стрессоров; так и довольно активным проведением в настоящее время различных иммунотерапевтических мероприятий, в том числе и клеточной терапии, при инфекционных, иммунодефицитных, аллергических, аутоиммунных и других заболеваниях.
Активное поведение в условиях неопределенности (поисковое поведение) – значимый фактор соматического здоровья, предотвращающий возникновение психосоматических заболеваний и повышающий устойчивость организма к стрессу. Напротив, отказ от поиска ведет к снижению сопротивляемости организма, подавляет иммунную систему, являясь тем самым неспецифической и универсальной предпосылкой к развитию самых разнообразных форм патологии (Ротенберг В.С., Аршавский В.В., 1976, 1999; Айрапетянц М.Г. с соавт., 1986; Александер Ф. 2002 и др.) Ориентировочно-исследовательское поведение (ОИП), таким образом, представляет собой один из важнейших типов поведения, который обеспечивает индивидуума знанием об окружающей среде и является существенным психологическим механизмом адаптации высших позвоночных. Изучение механизмов его регуляции со стороны иммунной системы и ее клеточных элементов позволит расширить имеющиеся представления об интегративном взаимодействии иммунной и нервной систем и открывает новые перспективы в профилактике и коррекции психосоматических расстройств.
Ярким примером психосоматической патологии является хроническая зависимость от морфина. Морфин, как известно, взаимодействует с опиатными рецепторами головного мозга и обладает выраженным влиянием на поведенческие реакции. Вместе с тем, известны и его супрессивные эффекты (как прямые, так и опосредованные через центральные механизмы) на функции иммунной системы (Peterson P.K., et al., 1998; Ветлугина Т.П., 2001; Saurer T.B., et al., 2003); в связи с чем актуальным и социально значимым является разработка эффективных методов профилактики и терапии патологии нервной и иммунной систем организма, возникающих у наркозависимых, равно как и поиск новых подходов к реабилитации последних.
В связи с вышеизложенным, цель исследования заключалась в установлении особенностей функционирования иммунной системы у экспериментальных животных с различным уровнем ОИП и выявлении закономерностей изменения ОИП при активации иммунной системы и при трансплантации ИКК с определенными функциональными характеристиками.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
-
Определить характер ориентировочно – исследовательского поведения у экспериментальных животных и провести морфологическое исследование сенсомоторной коры головного мозга животных с различным уровнем ОИП.
-
Охарактеризовать уровень мРНК ИЛ-1, рецептора ИЛ-1 первого типа (ИЛ-1-Р), рецептора эритропоэтина (ЭП-Р) и содержание цитокинов в лизатах клеток головного мозга животных с активным и пассивным типом ОИП.
-
Исследовать интенсивность клеточного и гуморального иммунного ответа, пролиферативную активность иммунокомпетентных клеток, уровень мРНК ИЛ-1, ИЛ-1-РI и ЭП-Р и содержание цитокинов в лизатах селезенки, культуральных супернатантах моноцитарно-макрофагальных и лимфоидных клеток селезенки животных с активным и пассивным типом ОИП.
-
Определить характер изменения параметров ОИП у животных с его различным уровнем при стимуляции клеточного и гуморального звеньев иммунной системы.
-
Исследовать влияние трансплантации неразделенных клеток селезенки на параметры ОИП у сингенных животных с активным и пассивным типом ОИП.
-
Изучить влияние трансплантации моноцитарно-макрофагальных клеток селезенки на функциональную активность нервной системы (ОИП, экспрессию генов ИЛ-1, ИЛ-1-Р и ЭП-Р в клетках головного мозга) и иммунной системы (клеточный и гуморальный иммунный ответ, пролиферативную активность иммунокомпетентных клеток, экспрессию генов ИЛ-1, ИЛ-1-Р и ЭП-Р в спленоцитах) у сингенных животных с с активным и пассивным типом ОИП.
-
Изучить влияние трансплантации неприлипающих к пластику клеток селезенки на функциональную активность нервной системы (ОИП, экспрессию генов ИЛ-1, ИЛ-1-Р и ЭП-Р в клетках головного мозга) и иммунной системы (клеточный и гуморальный иммунный ответ, пролиферативную активность иммунокомпетентных клеток, экспрессию генов ИЛ-1, ИЛ-1-Р и ЭП-Р в спленоцитах) у сингенных животных с активным и пассивным типом ОИП.
-
Изучить влияние трансплантации иммунокомпетентных клеток на характерные проявления функциональной активности иммунной и нервной систем у экспериментальных животных в состоянии хронической зависимости от морфина.
Научная новизна:
В результате проведенных исследований продемонстрирована взаимосвязь уровня ОИП с особенностями структурно- функциональной организации ЦНС и функциональной активности иммунной системы у экспериментальных животных.
Показано, что мыши (CBA x C57BL/6)F1 с активным типом ОИП характеризуются относительно большим количеством нейронов в сенсомоторной коре головного мозга по сравнению с мышами с пассивным типом ОИП. У последних, в свою очередь, в коре мозга выявлены выраженные перицеллюлярные отеки, и наличие групп сжатых клеток.
При этом установлено, что клетки головного мозга мышей (CBA x C57BL/6)F1 с пассивным типом ОИП отличаются от таковых у мышей с активным типом поведения более высокой экспрессией генов ИЛ-1 и ИЛ-1Р первого типа, равно как и превалирующим содержанием цитокинов ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО, ИНФ в их лизатах. Впервые выявлена относительно высокая экспрессия гена ЭП-Р в клетках головного мозга мышей (CBA x C57BL/6)F1 с активным типом ОИП. Показано стимулирующее влияние эритропоэтина (ЭП) на показатели моторного и исследовательского компонентов ОИП.
Впервые показаны различия синтеза и продукции ряда цитокинов ИКК мышей (CBA x C57Bl/6)F1 с активным и пассивным типом ОИП. Так, у мышей с высоким уровнем ОИП выявлена более низкая экспрессия гена ЭП-Р как в макрофагальных, так и в лимфоидных клетках селезенки. В тоже время у этих животных установлен относительно высокий уровень мРНК ИЛ-1-Р первого типа в спленоцитах и мРНК ИЛ-1 в их моноцитарно-макрофагальной фракции. При этом в лизатах спленоцитов мышей с активным типом ОИП показано более высокое содержание цитокинов ИЛ-6, ФНО и ИНФ, равно как и ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО в культуральном супернатанте их моноцитарно-макрофагальной фракции. Спленоциты лимфоидного ряда мышей (CBA x C57Bl/6)F1 с активным типом ОИП отличаются повышенной продукцией ИЛ-6.
При исследовании функциональной активности ИКК у мышей (CBA x C57Bl/6)F1 с высоким и низким уровнем ОИП выявлены также достоверные различия в их пролиферативной активности. Показано, что животные с активным типом ОИП характеризуются более высокой спонтанной и митогениндуцированной пролиферативной активностью тимоцитов и спленоцитов..
Впервые установлено, что характер изменения параметров ОИП у мышей (CBA x C57Bl/6)F1 при формировании как гуморального, так и клеточного иммунного ответа определяется исходным поведенческим статусом животных.
Впервые выявлена тесная взаимосвязь между уровнем ОИП и выраженностью реакции гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ), характеризующей состояние клеточного звена иммунного ответа, наблюдаемая у мышей линий (CBA x C57BL/6)F1, C57Bl/6, Balb/c и у крыс Wistar и OXIS, характеризующихся высокими и низкими параметрами поведения в тесте "открытое поле" соответственно; у последних продемонстрировано также дозозависимое повышение показателей горизонтальной двигательной активности при стимуляции клеточного звена иммунного ответа.
Научная новизна работы заключается также в том, что впервые продемонстрирован феномен направленного изменения уровня ОИП у сингенных животных путем трансплантации иммунокомпетентных клеток (ИКК) с определенными функциональными характеристиками; и показаны эффекты влияния моноцитарно-макрофагальных и лимфоидных клеток селезенки на параметры ОИП мышей (CBA x C57Bl/6)F1 с активным и пассивным типом поведения в норме и в состоянии хронической зависимости от морфина.
Теоретическая и практическая значимость исследования.
Теоретическая значимость работы заключается в установлении принципиально нового феномена: направленного изменения параметров ОИП у экспериментальных животных путем трансплантации ИКК с определенными функциональными характеристиками. Представленные в работе результаты, раскрывающие основные механизмы влияния ИКК на ОИП, значительно расширяют существующие представления о процессах функционального взаимодействия двух важнейших гомеостатических систем организма - нервной и иммунной. Выявленные взаимосвязи между функциональной активностью иммунной системы и уровнем ОИП у интактных животных, а также закономерности влияния активации иммунной системы, ее клеточного и гуморального звеньев на параметры ОИП раскрывают механизмы иммунорегуляции форм поведения как врожденных, так и приобретенных в ходе индивидуального опыта.
Практическая значимость полученных результатов заключается в обосновании необходимости оценки и учета индивидуально-типологических особенностей пациента при проведении иммунотерапевтических мероприятий, в частности, клеточной терапии, поскольку имеются основания полагать, что при этом имеет место не только ожидаемый непосредственный эффект на уровне иммунной системы реципиента, но и опосредованный эффект на функции центральной нервной системы. Выявленные в работе закономерности и взаимосвязи между параметрами поведения и функциональной активностью иммунной системы открывают новые перспективы в самых различных областях экспериментальной и клинической медицины; позволяют расширить возможности как иммунокоррекции (в том числе посредством коррекции поведенческих функций); так и регуляции поведения путем воздействия на параметры иммунитета. Практическая ценность работы заключается также в том, что предложенная экспериментальная модель и полученные результаты могут быть использованы для разработки новых биологических методов и стратегии патогенетической терапии различных форм психосоматических заболеваний, протекающих с нарушением нейроиммунных взаимодействий, в том числе и наркотической зависимости.
Положения, выносимые на защиту.
-
У животных с активным и пассивным типами ОИП различна функциональная активность клеточного звена иммунной системы.
-
Уровень ОИП ассоциирован с уровнем синтеза цитокинов в клетках иммунной системы и ЦНС.
-
Трансплантация иммунокомпетентных клеток является способом изменения ОИП у экспериментальных животных.
Личный вклад автора в проведение исследования.
Все представленные результаты экспериментальных исследований получены лично автором, либо при его непосредственном участии.
Апробация материалов диссертации.
Материалы диссертации представлены в виде докладов на следующих научных мероприятиях: International Congress ISNIM – 99 (Lugano, Switzerland, September, 1999); Eighth NIDA International Forum on Building International Research (Miami, USA, June, 2003); Съезде РНОИ (Сочи, 2004); Drug Discovery Technology / InfoTech Pharma Conference (London, March 2005); Российско-германском симпозиуме «Патофизиология психических расстройств» (Томск, сентябрь 2006); Симпозиуме «Дни иммунологии в Сибири» (Омск, 2007); 3-rd International Conference “Basic Science for Medicine” (Novosibirsk, September, 2007); Съездах нейроиммунологов (Санкт-Петербург, май-июнь 2005, 2007, 2009); Объединенном иммунологическом форуме (Санкт-Петербург, июнь-июль 2008); “EHRLICH II 2nd World Conference on Magic Bullets“ (Nrnberg, Germany, October 2008); 2nd European Congress of Immunology (Berlin, September, 2009); шестой Российской конференции по нейроиммунопатологии (Москва, июнь, 2010).
Результаты работы представлены также на итоговых научных сессиях ГУ НИИ клинической иммунологии СО РАМН (Новосибирск, 2000, 2003, 2006); заседании Президиума СО РАМН (Новосибирск, июнь 2009 г.); заседании проблемной комиссии МНС № 55.07 «Иммунология» СО РАМН (сентябрь 2010).
Публикации. По теме диссертации опубликовано в российских и зарубежных изданиях 60 научных работ, в том числе 33 статьи (из них 25 в изданиях, рекомендуемых ВАК для публикации материалов диссертационных работ). Результаты исследований вошли также в монографии "Основы нейроиммунологии", М., 2004; и "Патофизиология психических расстройств", Томск, 2006.
Структура и объем диссертации.
Диссертация написана в традиционном стиле и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, глав, содержащих результаты собственных исследований, обсуждения полученных результатов, заключения и выводов. Диссертация изложена на 251 странице машинописного текста, иллюстрирована 21 рисунком и 21 таблицей. Список цитируемой литературы включает 599 источников, из них 147 работ отечественных авторов.
Работа выполнена в лаборатории нейроиммунологии отдела экспериментальной иммунологии НИИ клинической иммунологии СО РАМН.
