Особенности взаимодействия гипофизарно-надпочечниковой и иммунной систем у серых крыс, селекционируемых по поведению тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.13, кандидат биологических наук Шихевич, Светлана Геннадьевна

• Шихевич, Светлана Геннадьевна
• кандидат биологических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Шихевич, Светлана Геннадьевна

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Взаимодействие ГГНС и иммунной системы.

1.1.1. Представления о существовании единой нейроиммуноэндокринной системы.

1.1.2. Влияние медиаторов иммунной системы на функцию гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы.

1.2. Влияние ГНС на иммунную систему.

1.2.1. Влияние кортикотропин-рилизинг-гормона на иммунную систему.

1.2.2. Действие адренокортикотропного гормона на иммунную систему.

1.2.3. Влияние глюкокортикоидов на иммунную систему.

1.2.4. Внутринадпочечниковые взаимодействия.

1.3. Роль взаимосвязи между иммунной и ГГНС в поддержании гомеостаза в организме.

1.4. Взаимодействие иммунной и ГГНС в процессе иммунного ответа.

1.5. Влияние стресса на иммунный ответ.

1.5.1. Влияние факторов стресса на иммунную систему.

1.5.2. Влияние стресса на иммунокомпетентные клетки.

1.6. Нервная система и иммунный ответ.

1.7. Экспериментальные модели животных, применяемые для исследования взаимосвязи внутри нейроиммуноэндокринной системы.

1.8. Экспериментальные модели доместикации животных.

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Экспериментальные животные.

2.2. Иммунизация животных.

2.2.1. Влияние введения ИЛ-2 на активность ГНС у ручных и агрессивных крыс.

2.2.2. Влияние введение липополисахарида на активность ГНС у крыс контрастного поведения.

2.2.3. Первичный гуморальный иммунный ответ и его влияние на активность ГНС у крыс, селекционируемых по поведению.

2.2.4. Вторичный гуморальный иммунный ответ и его влияние на активность ГНС у ручных и агрессивных животных.

2.3. Стрессорные воздействия.

2.3.1. Влияние кратковременного рестрикционного стресса на активность

ГНС у крыс, селекционируемых по поведению.

2.3.2. Влияние длительного рестрикционного стресса на активность ГНС и первичный гуморальный иммунный ответ у животных контрастного поведения.

2.3.3. Влияние хронического рестрикционного стресса на активность ГНС и первичный гуморальный иммунный ответ у ручных и агрессивных крыс.

2.4. Методики исследования.

2.4.1. Определение содержания кортикостерона в крови.

2.4.2. Определение содержания транскортина в плазме крови.

2.4.3. Определение числа антителообразующих клеток в селезенке.

2.4.4. Определение титра антител.

2.4.5. Реакция гиперчувствительности замедленного типа.

2.4.6. Экспериментальный артрит и его влияние на активность ГНС у крыс, селекционируемых по поведению.

2.4.7. Экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит.

2.5. Статистическая обработка результатов.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Реакция на стрессорные стимулы.

3.1.1. Реакция ГНС на кратковременный рестрикционный стресс у ручных и агрессивных крыс.

3.1.2. Реакция ГНС на введение липополисахарида у животных контрастного поведения.

3.1.3. Реакция ГНС на введение интерлейкина-2 у крыс, селекционируемых по поведению.

3.1.4. Реакция ГНС на введение физиологического раствора у ручных и агрессивных животных.

3.2. Гуморальный иммунный ответ.

3.2.1. Первичный иммунный ответ у крыс контрастного поведения.

3.2.2. Вторичный иммунный ответ у животных, селекционируемых по поведению.

3.3. Влияние стресса на иммунный ответ.

3.3.1. Влияние длительного рестрикционного стресса на активность ГНС и гуморальный иммунный ответ у крыс контрастного поведения.

3.3.2. Влияние хронического рестрикционного стресса на активность ГНС и гуморальный иммунный ответ у животных, селекционируемых по поведению.

3.4. Клеточный иммунный ответ.

3.4.1. Реакция гиперчувствительности замедленного типа у ручных и агрессивных крыс.

3.4.2. Экспериментальные модели аутоиммунных заболеваний.

3.4.2.1. Экспериментальный артрит и его влияние на активность

ГНС у животных, различающихся по поведению.

3.4.2.2. Экспериментальный аллергический энцефаломиелит у крыс, селекционируемых по поведению.

Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 90 ВЫВОДЫ 107 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АКТГ адренокортикотропный гормон

АОК антителообразующие клетки

ГГНС гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система

ГНС гипофизарно-надпочечниковая система гк глюкокортико иды ил интерлейкин

ИНФ интерферон

КРГ кортикотропин-рилизинг-гормон лпс липополисахарид мсг меланоцитстимулирующий гормон помк проопиомеланокортин ть Т-хелперы

ФНО фактор некроза опухолей

ЭБ эритроциты барана

Ьэр белки теплового шока

ЭАЭ экспериментальный аллергический энцефаломиелит

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности взаимодействия гипофизарно-надпочечниковой и иммунной систем у серых крыс, селекционируемых по поведению»

Актуальность проблемы. Известно, что нервная, эндокринная и иммунная системы анатомически и функционально взаимосвязаны. Эти системы имеют общие регуляторные молекулы, включая стероидные гормоны, нейропептиды, медиаторы и цитокины, которые обеспечивают молекулярную основу для координированных реакций этих систем на изменения гомеостаза в ответ на стресс, воспаление или инфекцию. Особое место при этом занимает гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система (ГГНС), так как ее активность является определяющим фактором при нарушении гомеостаза, независимо от причин, вызывающих его (Wilder, 1995, Besedovsky and del Rey, 1996, Turnbull, Rivier, 1999). Bo многих случаях регуляторные эффекты нейроэндокринных систем на функцию иммунных клеток опосредуются гормонами этой системы и, прежде всего, глюкокортикоидами (McEwen et al., 1997). Глюкокортикоиды являются важными медиаторами нейроэндокрино-иммунных взаимодействий, обладая широким спектром регуляторных влияний на пролиферацию и секреторную активность практически всех иммунокомпетентных клеток (Munck et al., 1984, Bateman, 1989, Blalock, 1989). Так, они влияют на распределение иммунных клеток, ингибируют рост лимфоидных клеток и могут подавлять продукцию провоспалительных субстанций, включая цитокины, производные арахидоновой кислоты, гистамин и брадикинины (Derijk, Stenberg, 1995). Кроме того, глюкокортикоиды могут стимулировать генетически програмированную смерть клеток (апоптоз) (Wilder, 1995).

До недавнего времени считалось, что глюкокортикоиды являются мощными иммуносупрессорами. Это представление сложилось на основе исследований с использованием фармакологических доз глюкокортикоидов и синтетических гормонов, таких как дексаметазон. Однако в последние годы показано, что действие фармакологических и физиологических доз или эндогенных гормонов может иметь прямо противоположные эффекты (Ashwell et al., 2000, Sternberg, 2001). В настоящее время глюкокортикоиды рассматривают как модуляторы иммунной системы, которые могут иметь как супрессивное, так и стимулирующее влияние, изменяя ход и развитие иммунного ответа. При этом стероидные гормоны могут оказывать свое действие как непосредственно на компоненты иммунной системы, так и опосредованно через механизмы центральной нервной системы, изменяя продукцию и работу других модуляторов иммунной функции (McEwen et al., 1997). Показано, что глюкокортикоиды способны смещать равновесие в дифференцировке предшественников Th: они подавляют образование и секреторную активность Thl и стимулируют Th2 (Derijk, Stenberg, 1995).

В свою очередь иммунная система способна модулировать активность ГГНС и поведенческие реакции организма. Показано влияние интерлейкина-1 (ИЛ-1), ИЛ-6 и фактора некроза опухолей на гипоталамус, ИЛ-1, ИЛ-2 и гормонов тимуса - на гипофиз, интерферона - на надпочечники (Захарова, Петров, 1990, Judd et al, 1995, González-Hernández et al, 1994). В процессе воспаления именно цитокины являются основными регуляторами функции ГГНС, а в некоторых ситуациях регулируют восприимчивость данной системы к гормональным сигналам внутри самой системы (Гриневич и др., 1999). Предполагается, что некоторые из этих цитокинов могут участвовать в функционировании ГГНС в условиях покоя и при действии стрессоров "неиммунной природы" (Гриневич и др., 1999, Tumbull, Rivier, 1995). В последнее время в литературе появились данные об участии цитокинов в поведенческих реакциях организма и развитии ряда психических заболеваний (Wilder, 1995).

В современной литературе достаточно широко представлены данные о роли ГГНС в развитии аутоиммунных заболеваний (Kavelaars et al., 1997, Dhabhar et al., 1995). При этом на моделях аутоиммунных заболеваний, которые спонтанно возникают у разных видов животных, прежде всего, наблюдаются изменения в периферическом уровне глюкокортикоидов, хотя молекулярные механизмы этих нарушений могут быть различны (Wick et al, 1998). Следует отметить, что изучение роли ГГНС при развитии аутоиммуных или воспалительных заболеваний проводится в основном на инбредных линиях животных, т.е. генетически однородных. Меньше всего в литературе затрагивается вопрос о связи ГГНС и иммунной систем с поведением и реорганизации взаимодействия между двумя системами при генетическом преобразовании поведения. К настоящему времени имеется только один пример исследования взаимосвязи этих регуляторных систем и поведения на аутбредных линиях крыс, селекционируемых на различную чувствительность к апоморфину (Ellenbroek, Cools, 2002).

Более 40 лет назад по инициативе Д. К. Беляева в Институте цитологии и генетики СО РАН начаты селекционные эксперименты по доместикации животных (Belyev, 1969). Согласно концепции Д. К. Беляева основным критерием при одомашнивании животных является элиминация агрессивного поведения по отношению к человеку (Беляев, 1966). С точки зрения научной идеологии экспериментов по доместикации эффекты отбора рассматриваются как следствие регуляторных изменений на организменном уровне, которые происходят на самых первых этапах отбора (Trut, 1998). Эксперимент по доместикации был начат на серебристо-черных лисицах. В настоящее время модельные эксперименты осуществляются на серебристо-черной лисице, американской норке и серой крысе. Однако новые для животных социальные условия и непосредственный контакт с человеком в процессе доместикации являются сильными стрессирующими факторами, поэтому отбор на доместикационное поведение является и отбором на стресс-реактивность (Беляев, 1966, Ве1уеу, 1969). Исследования, проводимые на разных объектах доместикации, продемонстрировали изменения в нейроэндокринных и нейрохимических системах организма, и в первую очередь ГГНС как гормональной системе адаптации и стресса (Оськина, Плюснина, 2000, Попова, 2000, Науменко и др., 1987, Науменко, Беляев, 1981, СШпа, 1996).

Следует отметить, что в популяциях животных, содержащихся на промышленных фермах или в лабораторных условиях, также происходит бессознательный отбор на уменьшение агрессии по отношению к человеку. Однако данный отбор идет значительно медленнее и имеет меньшее влияние на поведенческие и эндокринные характеристики, чем направленный отбор на доместикационное поведение (Трут и др., 2004, Кйпг1 е1 а!., 2002, ТгЩ, 1999, Р1уизпта, Оэкта, 1997). Поэтому был начат отбор лисиц и крыс на поддержание и усиление агрессивного поведения по отношению к человеку. В недавно опубликованной работе было показано, что агрессивные и совхозные популяции лисиц достоверно не отличаются по различным показателям активности ГГНС (Ои1еУюИ е1 а1., 2004). Это дает нам основание рассматривать линию крыс, селекционируемых на усиление агрессивного поведения, в качестве контроля для доместицируемой линии крыс.

Как уже сказано выше, существует тесная взаимосвязь между поведением, ГГНС и иммунной системой. Они взаимно влияют друг на друга на протяжении всего периода индивидуального онтогенеза. Однако, если изучению преобразований поведения и нейроэндокринных систем при отборе животных на доместикационное поведение посвящено достаточное количество работ, то до последнего времени исследования иммунной системы и ее взаимоотношений с нейроэндокринными системами не проводились.

Целью данной работы было изучение взаимодействия гипофизарно-надпочечниковой и иммунной систем у серых крыс, селекционируемых на доместикационное и агрессивное поведение по отношению к человеку.

Конкретные задачи исследования состояли в следующем:

1. изучить реакцию гипофизарно-надпочечниковой системы (ГНС) на стрессорные и иммунологические стимулы у ручных и агрессивных животных;

2. исследовать первичный и вторичный гуморальный иммунный ответ и изменения активности ГНС при развитии гуморального ответа у крыс, селекционируемых по поведению;

3. изучить активность ГНС при длительном 4-часовом и хроническом 10-дневном рестрикционном стрессе и влияние данных воздействий на гуморальный иммунный ответ у животных контрастного поведения;

4. исследовать клеточный иммунный ответ на примере реакции гиперчувствительности замедленного типа и экспериментальные модели аутоиммунных заболеваний с преобладанием Т-клеточных процессов у крыс, селекционируемых на доместикационное и агрессивное поведение.

Научная новизна. В данном исследовании впервые было изучено влияние отбора по поведению на различные аспекты иммунного ответа. Отбор на доместикационное поведение снижает не только базальную и стрессорную активность ГНС, но и ее реакцию на такие иммунные стимулы, как липополисахарид и ИЛ-2. Проведенные эксперименты показали, что первичный и вторичный гуморальный иммунный ответ снижен у ручных крыс по сравнению с агрессивными. Уровень кортикостерона в крови у ручных животных повышается в меньшей степени и остается повышенным более короткое время, чем у агрессивных животных в ответ на введение Т-зависимого антигена. Длительный стресс усиливает гуморальный иммунный ответ у обеих поведенческих групп, причем гуморальный иммунный ответ у ручных крыс после длительного стресса равен таковому у контрольных агрессивных животных. Повторяющийся стресс оказывает иммуностимулирующее действие только на животных с агрессивным поведением и не влияет на ручных. Клеточный иммунный ответ в реакции гиперчувствительности замедленного типа, а также преобладающий в экспериментальном артрите и энцефаломиелите, развивается в большей степени у ручных крыс по сравнению с агрессивными. Полученные результаты свидетельствуют, что отбор на элиминацию агрессивного поведения по отношению к человеку изменяет функционирование иммунной системы и, по-видимому, одну из ключевых ролей в этом играет гипофизарно-надпочечниковая система.

Научно-практическая значимость работы. Данное исследование расширяет представления о взаимосвязи ГГНС и иммунной систем. Кроме того, освещает ранее не исследованный вопрос об иммунном статусе животного при отборе на доместикационное поведение. Это может помочь в прогнозировании предрасположенности и риска аутоиммунных заболеваний в различных популяциях доместицированных животных.

Результаты исследования используются в качестве материала для курса лекций Плюсниной И.З. "Физиология ВНД и поведение", читаемого на 4 курсе ФЕН и 2 курсе ПФ НГУ.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на международной конференции памяти Е. В. Науменко "Genetic and developmental psychoneuroendocrinology" (Новосибирск, 1999), V Всероссийской конференции "Нейроэндокринология-2000", посвященной 75-летию Андрея Львовича Поленова (1925-1996) (Санкт-Петербург, 2000), второй научной конференции с международным участием "Эндокринная регуляция физиологических функций в норме и патологии", посвященной 80-летию со дня рождения профессора М. Г. Колпакова (Новосибирск, 2002), всероссийской конференции (0 "Компенсаторно-приспособительные процессы: фундаментальные и клинические аспекты"

Новосибирск, 2002), XIX съезде физиологического общества имени И.П.Павлова (Екатеринбург, 2004).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ. т ш

Заключение диссертации по теме «Физиология», Шихевич, Светлана Геннадьевна

выводы

1. Отбор серых диких крыс на элиминацию агрессивного поведения по отношению к человеку приводит к изменению взаимодействия между иммунной и гипофизарно-надпочечниковой системами. У ручных крыс по сравнению с агрессивными снижена реакция ГНС на введения липополисахарида и изменена динамика ответа этой системы на введение ИЛ-2.

2. У крыс, селекционируемых на доместикационное поведение, снижен первичный и вторичный гуморальный ответ на фоне меньшей активации ГНС на введение Т-зависимого антигена.

3. Длительный стресс (ограничение подвижности в течение 4 часов), также как и кратковременный (20 минут рестрикции), вызывает меньшую активацию ГНС у ручных животных по сравнению с агрессивными. Длительная активация гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы стимулирует гуморальный ответ у обеих поведенческих групп, однако, у ручных крыс в меньшей степени, чем у агрессивных.

4. У ручных животных, в отличие от агрессивных, происходит адаптация к хроническому стрессу (часовому ограничению подвижности в течение 10 дней). Хронический стресс повышает иммунный ответ только у агрессивных животных и не влияет на этот показатель у ручных.

5. Клеточный иммунный ответ (реакция гиперчувствительности замедленного типа) повышен у крыс, селекционируемых на доместикационное поведение по сравнению с агрессивными. Ручные крысы по сравнению с агрессивными более предрасположены к аутоиммунным заболеваниям Т-клеточной природы, таким как экспериментальный ревматоидный артрит и аллергический энцефаломиелит. ГНС в ходе развития артрита активируется в меньшей степени у ручных животных, чем у агрессивных.

6. Аутбредные линии крыс с контрастным агрессивным поведением по отношению к человеку различаются типом иммунного ответа. У крыс с высокой агрессией преобладает гуморальный иммунный ответ, а у животных с отсутствием агрессивного поведения — клеточный и повышена восприимчивость к аутоиммунным заболеваниям. Возможно, одним из факторов, способствующих повышению аутоиммунных реакций у ручных крыс является сниженная активность гипофизарного-надпочечниковой функции.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Шихевич, Светлана Геннадьевна, 2004 год

1. Альперина Е.А., Павина Т.А. Изменение иммунологической реактивности у мышей линии С57В1/6 в условиях зоосоциального конфликта // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 1996. -Т. 122, № 11. - С. 541-543.

2. Бажан Н.М., Красс П.М., Колпаков М.Г., Трут JI.H. Изменение секреторной активности коры надпочечников у серебристо-черных лисиц в процессе доместикации. Докл. Академии наук СССР. - 1974. - Т. 216, С. 922-924.

3. Беляев Д.К. Бородин П.М. Влияние стресса на наследственную изменчивость и его роль в эволюции // Эволюционная генетика. 1982. - С. 35-59.

4. Беляев Д.К. Дестабилизирующий отбор как фактор доместикации // Генетика и благосостояние человека. М., Наука. 1981. - С. 53-65.

5. Беляев Д.К. О некоторых вопросах стабилизирующего и дестабилизирующего отбора // История и теория эволюционного учения. JL: Наука, 1974. - С. 76-84.

6. Беляев Д.К. Генетика и проблемы селекции животных // Генетика. 1966. - С. 36-48.

7. Вишнивецкая Г.Б., Плюснина И.З., Попова Н.К. участие 5-НТ1А-рецепторов в регуляции разных видов агрессивного поведения // Журн.высш.нерв.деят. Т. 51, №. 6. -С. 704-708.

8. Гриневич В.В., Поскребышева Е.А., Савелов Н.А, Абрамова Н.А, Акмаев И.Г. Иерархические взаимоотношения между органами гипоталамо-гипофизарно-адреналовой системы (ГГАС) при воспалении // Успехи физиологических наук. 1999. -Т. 30, № 4, С. 50-66.

9. Девойно JI.B., Альперина E.J1. Анализ взаимодействия дофаминергической и соротонинергической систем в иммуномодуляции // Физиол. журн. СССР им.Сеченова. 1984-Т. 70, С. 239-246.

10. Девойно J1.B., Альперина E.JL, Кудрявцева H.H., Попова Н.К. Изменение иммунного ответа у мышей-самцов с агрессивным и субмиссивным типами поведения // Физиол. журн. СССР им.Сеченова. -1991 Т. 77, С. 62-66.

11. Девойно Jl.В., Идова Г.В., Альперина Е.Л., Чейдо М.А. Нейрохимическая установка мозга экспериментальный механизм психонейроиммуномодуляции // Вестник РАМН.- 1998 -Т. 9, С. 19-24.

12. Девойно Л.В., Ильюченок Р.Ю. Моноаминергические системы в регуляции иммунных реакций. Новосибирск: Наука. - 1983. - С. 134.

13. Дыгало H.H., Шишкина Г.Т., Бородин П.М., Науменко Е.В. Роль нейрохимических систем мозга в изменении реактивности гипофизарно-надпочечникового комплекса серой крысы при селекции по поведению // Журн.эвол.биохим. и физиол. 1985 . - Т. 21, С. 342-346.

14. Захарова Л.А., Петров Р.В. Медиаторы нейроиммунного взаимодействия // Итоги науки * и техники. Сер. Иммунология. ВИНИТИ. 1990. - Т. 25, С. 7-47.

15. Идова Г.В., Чейдо М.А., Жукова E.H. Влияние иммобилизационного стресса на иммунный ответ у мышей с различным стереотипным поведением И Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1999. - Т. 49, С. 847-853.

16. Идова Г.В., Чейдо М.А., Жукова E.H., Девойно Л.В. Стимуляция иммунного ответа при активации дофаминергической системы у мышей с оппозитными формами поведения // Росс. Физиол. Журн. Им. И.М. Сеченова 2002. - Т. 88, № 11, С. 1394-1400.

17. Колесникова Л.А., Беляев Д.К., Трут Л.Н. Изменение в морфологии эпифиза серебристо-черных лисиц при доместикации // Журн.общ.биологии. 1988. - Т. 49, С. 487-492.

18. Корнева Е.А., Шхинек Э.К. Гормоны и иммунная система. Л: Наука. - 1988. - С. 251.

19. Корнева Е.А. Иммунофизиология. Санкт-Петербург: Наука. - 1993. - С. 251.

20. Кудрявцева H.H., Бакштановская И.В., Нейрохимический контроль агрессии и подчинения // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова . 1991. - Т. 41, С. 459-466.

21. Луценко Н.Д., Трут Л.Н., Иванова Л.Н. Особенности строения коры надпочечников у доместицируемых серебристо-черных лисиц Vulpes vulvus в постнатальном онтогенезе //Журн.эвол.биохим. и физиол. 1980. - Т. 16, С. 483-487.

22. Мицкевич М.С. Гормональные регуляции в онтогенезе животных. М: Наука . - 1978. -С.224.

23. Науменко Е.В., Беляев Д.К. Нейроэндокринные механизмы при доместикации животных. Вопросы общей генетики. М: Наука. - 1981. - С. 230-240.т