Сотрудники Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН выяснили, что воспалительные процессы у новорожденных крысят способны изменить количественное соотношение нейронов разных типов в гиппокампе по мере взросления.
В результате в мозге могут быть нарушены процессы торможения, что приводит к проблемам с обучением и памятью, а в худшем случае — к психическим заболеваниям. Результаты опубликованы в журнале Brain Structure and Function.
«Сейчас есть много данных о связи негативных событий в детстве с последующей склонностью к употреблению наркотиков или предрасположенностью к таким психоневрологическим заболеваниям, как депрессия и шизофрения, — рассказывает Анна Манолова, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат биологических наук, сотрудник лаборатории функциональной биохимии нервной системы Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии (ИВНД) РАН. – Стресс у новорожденных, например, недостаточность родительской заботы, приводит к уменьшению числа тормозных нейронов, что может существенно влиять на поведение в будущем. В нашей работе на животной модели мы исследуем, как влияет воспаление на ранних этапах развития на нейронный состав мозга».
Системное воспаление у новорожденных может возникнуть в результате хирургического вмешательства, загрязненных ран, ошибок при родах или инфекционного заболевания. Клетки организма могут «чувствовать» инородные вещества — вирусные частицы, отдельные части бактериальных клеток и пыль — и в ответ выделять сигнальные молекулы, предупреждающие остальные клетки об опасности. Такие вещества могут проходить через защитные барьеры в мозг и влиять на созревание нейронов.
Для нормальной работы мозга важна не только активация нейронов, но и их торможение. Любое изменение этих двух процессов может привести к дестабилизации. В своей работе ученые из ИВНД РАН исследовали, как после воспалительного заболевания изменяется количество разных типов ГАМКергических — основных тормозных — нейронов гиппокампа.
Эта область мозга участвует в механизмах формирования эмоций, перехода кратковременной памяти в долговременную и пространственной памяти. Ученые определяли типы нейронов по содержанию в них специфических белков (маркеров): кальбиндина, кальретинина и парвальбумина. Они связывают лишний кальций внутри клетки, оставшийся после возбуждения тормозного нейрона.
Чтобы вызвать системное воспаление, крысятам на третий и пятый день после рождения делали укол липополисахарида — основного вещества клеточной стенки грамотрицательных бактерий, вызывающего сильный иммунный ответ организма. В эксперименте использовали 23 крысенка из семи пометов, часть которых участвовали в опыте, а другие были отрицательным контролем (получали укол физиологического раствора). На 20 день жизни крыс делали срезы головного мозга и с помощью окрашивания выявляли интересующие нейроны.
Для этого препараты на стекле обрабатывали антителами к трем маркерам ГАМКергических нейронов, а затем антителами с флуоресцентными («светящимися») метками к первым антителам. Из-за разных цветов меток три типа нейронов можно было выделить на изображениях среза и определить количество каждого из них в разных областях гиппокампа.
Оказалось, что и у самцов, и у самок наблюдаются аналогичные изменения в составе популяции тормозных нейронов. У крысят, перенесших воспаление, доля нейронов с парвальбумином не меняется ни в одной из областей. Доли двух других типов нейронов достоверно меняются только в зоне СА1 гиппокампа. Эта область мозга отвечает за запоминание эмоционально окрашенных событий.
Количество нейронов с кальбиндином увеличивается почти вдвое, тогда как с кальретинином убывает втрое. Разница между этими клетками состоит в том, что первые затормаживают активность возбуждающих нейронов, тогда как вторые тормозят только другие тормозные клетки. Ученые считают, что изменение состава популяции тормозных нейронов приводит к трансформации нейронных сетей гиппокампа и дисбалансу между возбуждающими и тормозными сигналами в центральной нервной системе.
«Стоит отметить, что ранние сроки после рождения крысят соответствуют примерно третьему триместру для человеческого эмбриона, то есть результаты подобных исследований должны распространяться, скорее, на снижение стресса у беременных женщин или на уменьшение использования стероидных препаратов для выхаживания недоношенных младенцев. Грубо транслировать наши данные на человека нельзя, но нужно иметь в виду, что чем меньше стресса на ранних этапах развития, тем меньше вероятность появления психических проблем у взрослых людей, — комментирует Анна Манолова.
– В статье представлены данные, полученные на крысах трехнедельного возраста. Если проводить аналогию с человеком, то это около десяти лет. Сейчас мы уже проводим эксперимент, из которого мы надеемся узнать, какие изменения будут наблюдаться у животных старших возрастов: у крысят тоже есть аналог подросткового возраста с его гормональными изменениями, соответствующими половому созреванию.
Также мы планируем эксперимент, где будем подвергать стрессу уже взрослых крыс, перенесших системное воспаление в раннем возрасте. Такое двойное воздействие на нервную систему сейчас считается триггером психоневрологических заболеваний».