Доклады Российской академии наук. Науки о жизни, 2020, T. 494, № 1, стр. 468-471

Перспектива межпланетных пилотируемых миссий спровоцировала новую волну исследований влияния ионизирующего излучения (ИИ), в первую очередь, тяжелых заряженных частиц высоких энергий (ТЗЧ) на нервную систему. По данным, полученным марсоходом Curiosity (NASA), в ходе 860-дневной Марсианской миссии суммарная поглощенная доза астронавтами составит 0.27 Гр (~1 Зв с учетом коэффициента качества ИИ). Удивительно, но ряд исследований выявил улучшение контекстуальной и пространственной памяти под влиянием ИИ в подобных дозах [1, 2].

В настоящей работе мы изучаем влияние комбинированного ИИ в составе и дозах, релевантных межпланетным полетам, на когнитивные функции трансгенных животных, моделирующих различные патофизиологические аспекты болезни Альцгеймера (БА). Агрегация бета-амилоида (Aβ) и белка тау являются двумя основными признаками патогенеза БА [3–6]. Ранее были получены результаты по нейтральному эффекту ИИ (¹H⁺ 150 МэВ, 0.1–1.0 Гр) на когнитивные функции, а также на содержание провоспалительных цитокинов у мышей – моделей БА [7]. Острое γ-облучение (100 мГр) также не влияло на агрегацию Aβ и белка тау, а хроническое облучение (1 мГр/день, 300 дней) подавляло нейровоспаление у ApoE-нокаутных мышей [7]. Облучение ядрами ¹²C (290 МэВ/нуклон, 15 кэВ/мкм) в дозе 50 и 100 мГр не привело к накоплению Aβ и белка тау в гиппокампе [8]. Облучение в дозах 0.1 и 0.5 Гр ядрами ⁵⁶Fe (1 ГэВ/нуклон) приводило к снижению уровня Aβ в коре и активации микроглии мышей B6C3-Tg [9]. Примечательно, что хроническое γ-облучение в малых дозах рассматривается как физиотерапевтический подход в лечении БА [10, 11], однако для ТЗЧ подобные данные отсутствуют.

Для нашего исследования были сформированы когорты самцов трансгенной линий мышей с церебральным амилоидозом 5xFAD (n = 18), линии TauP301S с τ-патией (n = 19) и соответствующая им по возрасту группа контроля (n = 13). Определение генотипа животных проводилось с помощью метода ПЦР с последующим электрофорезом в агарозном геле. В возрасте трех месяцев каждая группа была разделена на две подгруппы, одна из которых была облучена: γ-квантами на установке GOBO-60 (¹³⁷Cs, 661.7 кэВ в поглощенной дозе 0.24 Гр) и через 6 ч ядрами ¹²С на ускорительном комплексе У-70 (0.18 Гр, 450 МэВ; 10.3 кэВ/мкм). Другие подгруппы – контрольные – были подвергнуты имитации облучения.

Средний возраст на момент начала тестирования составил 156 дней. Водный лабиринт Морриса (ЛМ) проводился в классическом исполнении. Тест распознавания запахов представляет собой аналог методики, описанной Pavlis и др. [12]. Выработку условного рефлекса пассивного избегания проводили по ранее описанной методике [2]. Тест “открытое поле” (ОП) выполнялся на установке TruScan (Coulbourn Instruments, США): в течение 3 мин регистрировали параметры вертикально-горизонтальной активности животных. Результаты были обработаны с помощью пакета Statistica (StatSoft, США).

Обучение в ЛМ под воздействием ИИ достоверно улучшается в группе контроля (p_5день = 0.014). В тесте ОП для облученной группы TauP301S наблюдается увеличение дистанции, пройденной в центре поля (p = 0.01), уменьшение таковой вне центра (p = 0.02), и увеличение времени, проведенного в центре (p = 0.02), что говорит о снижении уровня ситуативной тревоги. Количество заглядываний в норки достоверно больше в группе облученного контроля (p = 0.005), а время обнюхивания норок больше для двух групп – TauP301S и контрольной (p = 0.02 и p = 0.003), что указывает на стимуляцию ОИП. Облучение оказало стимулирующее влияние на обучение в тесте распознавания запахов линии 5xFAD: была обнаружена тенденция к улучшению распознавания запахов при двухфакторном анализе генотип/облучение (p = 0.09).

Данные когнитивных тестов согласуются между собой при оценке влияния ИИ на группы дикого типа и TauP301S: у облученных животных понижена ситуативная тревога (рис. 2) и стимулировано ОИП (рис. 3). При этом, у облученных мышей дикого типа более эффективно проходило пространственное обучение (рис. 1). Синхронность реакций животных дикого типа и линии TauP301S на облучение может являться следствием того, что тестирование животных TauP301S проводилось до начала симптоматики (которая для гетерозиготных особей начинается от 11 месяцев) таким образом, особи TauP301S могли оказаться ближе к животным дикого типа, чем представители 5xFAD, симптоматика которых во время проведения тестирования была ярко проявлена.

Рис. 1.

Тест “водный лабиринт Морриса”: среднее время нахождения платформы для каждого дня тренировки.

Рис. 2.

Тест “Открытое поле”: дистанция, пройденная в центре поля.

Рис. 3.

Тест “Открытое поле”: время обнюхивания норок.

Стимулирующее влияние ИИ на ОИП и пространственное обучение мышей дикого типа хорошо согласуется с ранее полученными данными на крысах [1]. Вместе с тем, стимуляция ОИП как у контрольной, так и у трансгенных линий животных является позитивным эффектом ИИ, так как ОИП часто рассматривается как маркер ненаправленного внимания и коррелирует положительно с когнитивными способностями [1].

Более того, ИИ приводит к улучшению обучения мышей 5xFAD в тесте распознавания запахов, чувствительном к нейрогенезу. Таким образом, мы находим подтверждение ранее высказанной гипотезы об отложенном стимулирующем влиянии ИИ на нейрогенез [2]. Таким образом, результаты облучения в более релевантной [13] дозе и составе ИИ к таковому при реализации межпланетных миссий, указывают на возможные когнитивные преимущества на фоне нейродегенеративного процесса. Дальнейшие исследования необходимы для раскрытия молекулярных механизмов этого феномена.