1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Нейрохимия
  4. T. 38, № 2, 2021

Нейрохимия, 2021, T. 38, № 2, стр. 149-153

Особенности свободнорадикального гомеостаза ЦНС половозрелых самцов крыс в зависимости от длительности пренатального стресса

О. Н. Кулешова 1, Д. Л. Теплый 1, Д. Д. Теплый 1, А. С. Семенова 2

1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Астраханский государственный университет
Астрахань, Россия

2 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Воронежский государственный университет”
Воронеж, Россия

Поступила в редакцию 04.11.2020
После доработки 19.12.2020
Принята к публикации 22.01.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

В условиях пренатального периода при активной дифференциации клеток повышение уровня АФК приводит к формированию тератогенных эффектов, дозазависимого характера. Целью данного исследования стало определение связи продолжительности стресса, перенесенного беременными самками крыс на третьем триместре, со степенью сдвига свободно радикального гомеостаза в плазме крови и на разных уровнях ЦНС. Изучали изменения уровня активности супероксиддисмутазы, продуктов перекисного окисления липидов и окислительной модификации белков в гомогенатах коры больших полушарий, гипоталамуса, мозжечка и спинного мозга пренатальнострессированных половозрелых самцов беспородных белых крыс. Для этого их матери с 16 по 19 дни беременности ежедневно подвергались иммобилизационному стрессу в пластиковых пеналах в течение одного и трех часов. Самки контрольных групп содержались в стандартных условиях вивария в свободном доступе к пище и воде. Пренатальный стресс оказал влияние на свободно-радикальный гомеостаз всех изученных отделов ЦНС 90-дневных самцов крыс. Более значительные эффекты были отмечены после 3-часой иммобилизации. Потомки стрессированных матерей характеризовались более выраженными сдвигами свободнорадикального баланса. Вследствие одночасовой ежедневной иммобилизации с 16 по 19 дни беременности у половозрелых потомков стрессированных матерей отмечено увеличение показателей окислительной модификации белковых и липидных компонентов, в то время, как для последствий трехчасовой пренатальной иммобилизации характерно, напротив, снижение изучаемых показателей продуктов свободнорадикального окисления и повышение активности СОД. Вне зависимости от длительности экспозиции наиболее выраженные сдвиги изучаемых параметров СР гомеостаза были характерны для гипоталамической области.

Ключевые слова: пренатальные стресс, ЦНС, окислительная модификация белков, свободнорадикальный гомеостаз, перекисное окисление липидов, супероксиддисмутаза, α-токоферола-ацетат, иммобилизация, половозрелые самцы крыс

К настоящему времени разнообразные исследования создали убедительную концепцию “пренатального программирования” – идею о том, что изменения условий развития на ранних этапах формирования может подготовить почву для хронических заболеваний в период постнатального онтогенеза [1]. Со временем эта концепция стала рассматриваться как “программирование развития” [2].

Основным источником патогенных влияний рассматривают стрессы различной природы, перенесенные в ранний период развития. Они “программируют” развитие мозга и приводят к долгосрочным морфо-физиологическим изменениям ЦНС и организации поведения [3]. Одним из механизмов такого “программирования” является рост окислительного стресса еще в плаценте [4]. Чрезмерная продукция АФК в плаценте приводит к повреждению ДНК, денатурации белков и перекисному окислению липидов, что может изменять функцию плаценты, приводя к снижению содержания кислорода и питательных веществ у плода [5]. Повышенная продукция АФК и окислительный стресс во время органогенеза, когда клетки продолжают активно дифференцироваться, действуют как тератогенные агенты, вызывая структурные аномалии, потерю клеточной функции или самопроизвольный аборт развивающегося плода [6]. Как и у большинства тератогенных агентов, эффекты от стресса могут быть дозазависимыми. Можно предположить, что оказываемые эффекты будут изменяться не только в зависимости от интенсивности, но и от продолжительности стресса.

Корреляция между внутриутробным стрессом и негативными последствиями у потомства была продемонстрирована при заболеваниях, опосредованных свободными радикалами [7]. Окислительно-восстановительные процессы определяют практически все фундаментальные процессы жизни – от биоэнергетики до метаболизма и жизненных функций [8], многообразны и организованы в соответствии с принципами редокс-кода. Таким образом, уровень эффектов “пренатального программирования” можно оценивать по степени сдвигов свободно-радикального гомеостаза. Окислительный стресс является основным фактором, вызывающим нарушения и гибель нейрональных клеток в еще незрелом мозге [9] и может быть главной причиной неврологических нарушений [10].

Таким образом, целью данного исследования стало определение связи продолжительности стресса, перенесенного беременными самками крыс на третьем триместре, со степенью сдвига свободно радикального гомеостаза в плазме крови и на разных уровнях ЦНС.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Эксперимент был разделен на 2 серии, в обеих сериях эксперимента участвовали по 10 первородящих самок беспородных белых крыс в возрасте 6–8 месяцев и их потомство в возрасте 90 дней (84 животных). У самок определяли стадии эстрального цикла стандартным методом взятия и анализа влагалищного мазка [11]. При обнаружении эструса или проэструса к самке подсаживали самца и первым днем беременности считали день обнаружения в мазке сперматозоидов. В первую серию самки со средней массой тела 221 ± 4.32 г с 16 по 19 дни беременности подвергались иммобилизационному стрессу в пластиковых пеналах на протяжении одного часа, во вторую серию самки со средней массой 234 ± 7.34 г – на протяжении трех часов. Животные контрольных групп не подвергались негативным воздействиям, содержались в клетках по 6 особей, в свободном доступе к пище и воде, до возраста 90 дней. На 90-ый день постнатального онтогенеза половозрелых пренатальнострессированных самцов и самцов контрольных групп наркотизировали этаминалом натрия и декапитировали. Головной и спинной мозг выделяли на холоде, готовили 10% гомогенаты на 0.1 М фосфатном буфере, кровь собирали в гепаринизированные пробирки и центрифугировали при 3000 об./мин, после чего отбирали плазму для дальнейшего изучения. Изменение свободнорадикального гомеостаза оценивали в плазме и гомогенатах ткани коры больших полушарий, гипоталамуса и спинного мозга. Все методики по изучению свободнорадикального гомеостаза были проведены не позднее 2 нед. с момента выделения ткани и приготовления гомогенатов, изучаемый материал хранили при температуре –20°С в присутствии ЭДТА.

Свободнорадикальный гомеостаз оценивали по уровню продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) [12], уровню продуктов окислительной модификации белков (ОМБ) [13] определяли на стадии инициации (270 нм) и элонгации (363 нм) [14]. Уровень антиокислительной активности – по уровню активности супероксиддисмутазы (СОД) [15]. Перерасчет уровня активности СОД и степени ОМБ производили из расчета на грамм белка, который определяли по методу Лоури. Пробы спектрофотометрировали на Цифровом UV-спектрофотометре PD-303UV (Apel, Япония). Статистическая обработка полученных результатов производилась с применением U непараметричесского критерия Манна–Уитни, достоверность оценивали по таблице критических значений для уровней статистической значимости р < 0.05, р < 0.01, Гублера и Генкина (1973). Данные представлены в виде среднего ± стандартная ошибка.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Одночасовая пренатальная иммобилизация в период третьего триместра вызвала изменения СР гомеостаза у взрослых половозрелых животных (табл. 1). Уровень промежуточных продуктов ПОЛ увеличился в ткани спинного мозга (р < 0.01; р < 0.05, диеновые конъюгаты, кетодиены и сопряженные триены соответственно), коры больших полушарий (р < 0.01) и гипоталамуса (р < 0.01), так же как и уровень продуктов ОМБ в коре больших полушарий (р < 0.01) и гипоталамуса (р < 0.01). В ткани коры больших полушарий и гипоталамуса уровень оснований Шиффа оказался ниже контрольной группы, р < 0.05 и р < 0.01 соответственно. На активности СОД одночасовая пренатальная иммобилизация повлияла только в ткани гипоталамической области, заметно уменьшив ее активность (р < 0.05).

Таблица 1.

Свободнорадикальный гомеостаз у пренатальнострессированных (1 ч) половозрелых самцов крыс

Ткань Группы Активность СОД, у.е./мг белка × мин СРО белков,
нмоль/мг белка 		ПОЛ, у.е., индекс окисления
инициация,
270 нм 		элонгация, 370 нм диеновые коньюгаты кетодиены и сопряженные триены основания Шиффа
Плазма Контроль,
n = 11 		0.035 ± 0.0048 0.52 ± 0.031 1.84 ± 0.141 0.45 ± 0.048 0.38 ± 0.049 0.009 ± 0.0005
Стресс,
n = 11 		0.037 ± 0.0032 0.67 ± 0.052 2.45 ± 0.467 0.36 ± 0.025 0.26 ± 0.006 0.009 ± 0.0009
Кора больших полушарий Контроль,
n = 10 		0.42 ± 0.044 1.629 ± 0.233 0.677 ± 0.071 0.58 ± 0.028 0.21 ± 0.020 0.086 ± 0.003
Стресс,
n = 8 		0.44 ± 0.065 2.542 ± 0.766 1.603 ± 0.302## 0.76 ± 0.064## 0.26 ± 0.082 0.019 ± 0.003#
Гипоталамус Контроль,
n = 9 		0.22 ± 0.011 0.43 ± 0.055 0.45 ± 0.069 0.60 ± 0.020 0.24 ± 0.004 0.032 ± 0.003
Стресс,
n = 10 		0.19 ± 0.007# 1.557 ± 0.347## 0.80 ± 0.157 0.62 ± 0.012 0.26 ± 0.002## 0.022 ± 0.001##
Спинной
мозг 		Контроль,
n = 9 		0.20 ± 0.015 1.27 ± 0.178 0.60 ± 0.071 0.37 ± 0.024 0.12 ± 0.022 0.017 ± 0.0034
Стресс,
n = 8 		0.22 ± 0.026 1.03 ± 0.178 0.61 ± 0.116 0.46 ± 0.016## 0.19 ± 0.016# 0.031 ± 0.0096

Примечания: достоверные различия между контрольными и опытными животными (критерий Манна–Уитни) обозначены для уровней статистической значимости #р < 0.05, ##р < 0.01; между опытными группами и группой стресса *р < 0.05, **р < < 0.01 (по Гублеру и Генкину, 1973).

По сравнению с одночасовой иммобилизацией в пренатальный период, трехчасовая привела к более значительным изменениям свободнорадикального гомеостаза (табл. 2). Уменьшился уровень ПП ПОЛ во всех рассматриваемых отделах ЦНС, и уровень оснований Шиффа в гипоталамусе (р < 0.05). В плазме уровень продуктов Шиффа увеличился по сравнению с контрольной группой (р < 0.01). Уровень продуктов ОМБ на стадии инициации увеличился в гипоталамусе (р < 0.05) и спинном мозге (р < 0.01), уровень продуктов, характерных для стадии элонгации, увеличился в плазме (р < 0.05) и ткани спинного мозга (р < 0.01) и уменьшился в коре больших полушарий (р < 0.01) и гипоталамусе (р < 0.01). Изменение активности СОД имело тканеспецифические особенности: отмечено уменьшение ее активности в плазме крови (р < 0.01) и увеличение во всех изучаемых отделах ЦНС (р < 0.01).

Таблица 2.

Свободнорадикальный гомеостаз у пренатальнострессированных (3 ч) половозрелых самцов крыс

Ткань Группа Активность СОД, у.е. / мг белка мин СРО белков,
нмоль/мг белка 		ПОЛ, у.е., индекс окисления
инициация,
270 нм 		элонгация, 370 нм диеновые конъюгаты кетодиены и сопряженные триены основания Шиффа
Плазма Контроль,
n = 11 		0.058 ± 0.0056 1.32 ± 0.122 0.20 ± 0.020 0.39 ± 0.019 0.27 ± 0.034 0.05 ± 0.008
Стресс,
n = 11 		0.051 ± 0.0042 1.07 ± 0.083 0.29 ± 0.035# 0.34 ± 0.014 0.28 ± 0.039 0.08 ± 0.011##
Кора больших полушарий Контроль,
n = 10 		1.09 ± 0.053 4.38 ± 0.394 2.89 ± 0.274 0.60 ± 0.015 0.25 ± 0.006 0.018 ± 0.001
Стресс,
n = 8 		4.23 ± 0.424## 6.06 ± 2.120 0.76 ± 0.148## 0.58 ± 0.009 0.23 ± 0.003# 0.016 ± 0.001
Гипоталамус Контроль,
n = 11 		1.07 ± 0.166 2.27 ± 0.463 1.99 ± 0.313 0.59 ± 0.009 0.25 ± 0.026 0.04 ± 0.011
Стресс,
n = 7 		3.47 ± 0.394## 3.12 ± 0.423# 0.47 ± 0.070## 0.56 ± 0.011## 0.22 ± 0.006# 0.016 ± 0.0016#
Спинной
мозг 		Контроль,
n = 9 		0.49 ± 0.083 0.83 ± 0.14 0.64 ± 0.04 0.114 ± 0.0067 0.099 ± 0.0157 0.017 ± 0.0021
Стресс,
n = 8 		2.47 ± 0.268## 31.44 ± 2.14## 2.69 ± 0.3## 0.063 ± 0.0139## 0.050 ± 0.0083## 0.013 ± 0.0023

Примечания: достоверные различия между контрольными и опытными животными (критерий Манна–Уитни) обозначены для уровней статистической значимости #р < 0.05, ##р < 0.01; между опытными группами и группой стресса *р < 0.05, **р < < 0.01 (по Гублеру и Генкину, 1973).

ОБСУЖДЕНИЕ

АФК играют ключевую физиологическую роль в формировании плода, включая биосинтез стероидов яичников, созревание яйцеклеток, овуляцию, образование бластоцист, оплодотворение, имплантацию, лютеолиз и поддержание лютеиновой активности [16]. АФК вовлечены в пролиферацию и дифференцировку трофобластов, а также в модуляцию сосудистых реакций плаценты [17]. Повышение их уровня приводит к функциональным изменениям плаценты, повреждению ДНК и белков, перекисному окислению липидов, и, как следствие, происходит снижение содержания кислорода и питательных веществ у плода [18]. В современных обзорных публикациях отмечаются значительные вариации последствий перенесенного стресса в зависимости от его продолжительности, вида и периода, в течение которого он возникает, при этом подчеркивается общая закономерность: более длительное время воздействия кортикостероидов приводит к более выраженным негативным последствиям для ЦНС [19]. Вероятно, более продолжительное (трехчасовое) воздействие в пренатальный период привело к более существенным сдвигам свободнорадикального гомеостаза во всех изучаемых отделах ЦНС и в изменении свободнорадикального баланса в плазме крови, что не было отмечено при одночасовой пренатальной иммобилизации.

Нами так же были обнаружены некоторые особенности изменения свободнорадикального гомеостаза, связанные с 1-часовой и 3-часовой стресс-экспозицией в пренатальном периоде. Вследствие одночасовой ежедневной иммобилизации с 16 по 19 дни беременности у половозрелых потомков стрессированных матерей было отмечено преимущественно увеличение показателей СРО белковых и липидных компонентов, в то время, как для последствий трехчасовой иммобилизации характерно снижение уровня продуктов ПОЛ, рост уровня активности СОД и продуктов СРО белков. Подобная динамика могла быть связана с адаптацией к периодически повторяющемуся стрессу и подчинена закону обратной связи.

Вне зависимости от длительности ежедневной пренатальной иммобилизации на третьем триместре наиболее значительные изменения СР гомеостаза отмечены в гипоталамусе половозрелых потомков. Выбранный период стресса с 16 по 19 дни беременности характеризуется как период интеграции всех звеньев нейроэндокринной системы. Изменение нейроэндокринной регуляции приспособительного поведения после стресса в позднем пренатальном онтогенезе [20]. Известно, что повышение уровня гормонов стресса матери может приводить к различным эффектам в зависимости от стадии развития плода, вызывая значительные изменения в критический период формирования органа, а за пределами критического периода оказывая ограниченное воздействие даже при значительных концентрациях [21]. Таким образом, выявленная особенность может быть связана с периодом воздействия материнского стресса. Подобная выраженная реакция со стороны гипоталамуса отмечается и другими авторами [22], и связывают эти эффекты с мультиструктурностью и полифункциональностью изучаемого отдела и большей включенностью его в формирование и реализацию стресс-реакции.

Свободнорадикальный статус в ткани спинного мозга зависел от продолжительности пренатального воздействия: 3-часовой стресс привел к более существенным сдвигам окислительного гомеостаза ткани (увеличились активность СОД и уровень продуктов СРО белков, уменьшилось содержание ПП ПОЛ), в то время, как после 1-часового пренатального стресса был отмечен только рост уровня ПП ПОЛ. Таким образом, увеличение длительности пренатального стресса до 3-х часов проявилось не только в изменении уровня окисления липидов, но и белковых компонентов ткани, а также, вероятно, в компенсаторном сдвиге активности СОД. Такая реакция может быть связана как с особенностями созревания этого уровня ЦНС, процессы нейрогенеза в котором начинаются на более ранних этапах пренатального онтогенеза и заканчивается к 16-ому дню пренатального развития [23], так и с большей устойчивостью ткани, как филогенетически более древней структуры.

Менее выраженная реакция на пренатальный стресс вне зависимости от продолжительности стресса отмечена со стороны коры больших полушарий, такие реакции отмечали и другие авторы, делая акцент на то, что значительный вклад в устойчивость свободнорадикального гомеостаза коры головного мозга вносит нейроглия [14].

Таким образом, пренатальный стресс оказал влияние на свободно-радикальный гомеостаз всех отделов ЦНС, при более значительном влиянии после перенесенной 3-часовой иммобилизации на 3 триместре. Потомки этих матерей, характеризовались более выраженными сдвигами СР баланса. Наблюдаемые сдвиги имели характерные особенности в зависимости от длительности стресса: вследствие одночасовой ежедневной иммобилизации с 16 по 19 дни беременности у половозрелых потомков стрессированных матерей отмечено преимущественно увеличение показателей СРО белковых и липидных компонентов, в то время, как для последствий трехчасовой иммобилизации характерно, напротив, преимущественно снижение изучаемых показателей СРО и повышение активности СОД. Вне зависимости от длительности экспозиции наиболее выраженные сдвиги изучаемых параметров СР гомеостаза были характерны для гипоталамуса.

Список литературы

  1. Barker D.J. // J. Am. Coll. 2004. V. 23. P. 588–595.

  2. McCarty R. // Neurosci. Biobehav. 2017. V. 73. P. 219–254.

  3. Depino A.M. // Semin. Cell Dev. Biol. 2018. V. 77. P. 104–114.

  4. Silvestro S, Calcaterra V, Pelizzo G, Bramanti P., Mazzon E. // Antioxidants (Basel). 2020. V. 9(5). P. 414.

  5. Fisher J.J., Bartho L.A., Perkins A.V. // Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 2020. V. 47. P. 176–184.

  6. Laforgia N., Di Mauro A., Guarnieri G.F., Varvara D., De Cosmo L., Panza R., Capozza M., Baldassarre M.E., Resta N. // Oxidative Med. Cell. Longev. 2018. P. 1–12.

  7. Perrone S., Santacroce A., Picardi A., Buonocore G. // World J. Clin. Pediatrics. 2016. V. 5. P. 172.

  8. Sies H., Berndt C., Jones D.P. // Annual Review of Biochemistry. 2017. V. 86(1). P. 715–748.

  9. Buonocore G., Perrone S., Muraca M. // Ann. Dell’istituto Super. Di Sanita. 2001. V. 37. P. 527–535.

  10. Baud O., Daire J.L., Dalmaz Y., Fontaine R.H., Krueger R.C., Sebag G., Evrard P., Gressens P., Verney C. // Brain Pathol. 2004. V. 14. P. 1–10.

  11. Владимирская Т.Э., Швед И.А., Криворот С.Г., Веялкина Н.Н., Адамович А.В. // Вести национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наук. 2011. № 4. С. 88–91.

  12. Волчегорский И.А., Налимов А.Г., Яровинский Б.Г., Лифшиц Р.И. // Вопр. мед. химии. 1989. Т. 35. № 3. С. 127–131.

  13. Дубинина Е.Е. Бурмистров С.О., Ходов Д.А. и др. // Вопр. мед. химии. 1999. Т. 45. № 1. С. 47–54.

  14. Флеров М.А, Герасимова И.А., Вьюшина А.В., Притворова А.В. // Российский физиологичесский журн. им. Сеченова. 2008. Т. 94. № 4. С. 406–413.

  15. Сирота Т.В. // Биомедицинская химия. 2013. Т. 59. № 4. С. 399–410.

  16. Lu J., Wang Z., Cao J., Chen Y., Dong Y. // Reprod. Biol. Endocrinol. 2018. V. 16. P. 80.

  17. Herrera E.A., Krause B., Ebensperger G., Reyes R.V., Casanello P., Parra-Cordero M., Llanos A.J. // Front. Pharmacol. 2014. V. 5. P. 149.

  18. Fisher J.J., Bartho L.A., Perkins A.V. // Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 2020. V. 47. P. 176–184.

  19. Miao Z., Wang Y., Sun Z. // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21(4). P. 1375.

  20. Шаляпина В.Г., Зайченко И.Н., Батуев A.C., Ордян Н.Э. // Российский физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2001. Т. 87. № 9. С. 1193–1201.

  21. Auyeung B., Lombardo M.V., Baron-Cohen S. // Pflugers Archiv. European J. Physiology. 2013. V. 465. P. 557–571.

  22. Вьюшина А.В., Притворова А.В., Семенова О.Г., Флеров М.А., Ордян Н.Э. // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2019. Т. 82. № 10. С. 13–18.

  23. Суханова Ю.А., Себенцова Е.А., Левицкая Н.Г. // Нейрохимия. 2016. Т. 33. № 4. С. 276–292.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Нейрохимия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал