Доклады Российской академии наук. Науки о жизни, 2022, T. 506, № 1, стр. 427-432

Крысы линии WAG/Rij являются валидной моделью детской абсансной эпилепсии (АЭ) и коморбидной депрессии [1]. АЭ – неконвульсивная форма генерализованной эпилепсии, характеризующейся спонтанными пик-волновыми разрядами (ПВР) на ЭЭГ, которые сопровождаются внезапным прерыванием текущей активности и отключением сознания (отсутствие реагирования на внешние стимулы) [2]. Предыдущие нейрохимические [3] и фармакологические [4] исследования показали, что симптомы коморбидной депрессии у крыс линии WAG/Rij связаны с пониженным содержанием дофамина (ДА) в прилежащем ядре, что указывает на пониженный тонус мезолимбической ДАергической системы мозга. Дисфункция ДАергической системы мозга у крыс линии WAG/Rij возникает в возрасте 2–3 мес, когда появляются первые симптомы АЭ и коморбидной депрессии. С возрастом, по мере нарастания гипофункции ДАергической системы мозга, симптомы АЭ и коморбидной депрессии усугубляются [3]. Имеются доказательства того, что пониженный ДАергический тонус играет важную роль также в патогенезе АЭ [5]. Примечательно, что изменения в ДАергической системе мозга предшествуют возникновению как АЭ [5], так и коморбидной депрессии [3], указывая на важную роль ДАергической системы в патогенезе обеих патологий.

Хотя АЭ и коморбидная депрессия у крыс линии WAG/Rij генетически обусловлены, наши предшествующие данные показали, что этот патологический фенотип может корректироваться эпигенетически, например, под влиянием усиленной материнской заботы [6]. Ранее нами было обнаружено, что другой эпигенетический фактор, такой как метилобогащенная диета (МОД) матери во время перинатального периода, подавляет проявление АЭ и коморбидной депрессии у взрослого потомства крыс линии WAG/Rij [7]. Использованная нами диета содержала компоненты одноуглеродного цикла, конечным продуктом которого является S-аденозилметионин (SAMе) [8]. SAMe является универсальным донором метильных групп, необходимых для метилирования ДНК, – одного из наиболее изученных эпигенетических механизмов, которые изменяют экспрессию генов без изменения последовательности ДНК. Предполагалось, что МОД матери на ранних стадиях развития приведет к активации процесса метилирования ДНК и, как следствие, к изменению экспрессии генов у потомства крыс линии WAG/Rij. Пилотные исследования показали, что МОД матери повышает у потомства крыс линии WAG/Rij экспрессию генов, патогенетически значимых для АЭ и коморбидной депрессии: гена ионных каналов HCN1 в соматосенсорной коре (область генерации ПВР) и гена тирозингидроксилазы – фермента, лимитируюшего скорость синтеза ДА, в прилежащем ядре [9]. Известно, что SAMе влияет не только на метилирование ДНК, но как кофактор вовлечен в синтез многих нейромедиаторов в мозге – ДА, норадреналина (НА), серотонина (5-ОТ), с недостаточностью которых связано возникновение депрессивных расстройств [8]. В связи с этим мы предположили, что коррекция патологического фенотипа, вызываемая МОД матери у потомства крыс линии WAG/Rij, может быть связана с повышением активности мезолимбической ДАергической системы мозга.

Цель работы – выяснить, влияет ли МОД матери на содержание моноаминов и их метаболитов в структурах мозга у взрослого потомства крыс линии WAG/Rij. Для достижения этой цели самкам крыс линии WAG/Rij предоставляли контрольную диету (КД) или МОД в течение одной недели до спаривания, в течение двух недель спаривания, во время беременности и в течение одной недели после рождения детенышей [7]. МОД на 1 кг пищи содержала доноры метильных групп (холин – 5 г, бетаин – 15 г, L-метионин – 7.5 г) и кофакторы одноуглеродного цикла (фолиевая кислота – 15 мг, витамин В12 – 1.5 мг, цинк – 150 мг). Эти добавки смешивали с 4-зерновой кашей, творогом и свежими яйцами [7, 10]. Самцы потребляли стандартную диету, за исключением периода спаривания. Во время спаривания самцы потребляли ту же самую диету, что и самки (КД или МОД). Показано, что МОД матери аналогичного состава вызывает коррекцию аудиогенных припадков у потомства крыс линии КМ [10] и агути-окраса волосяного покрова у мышей [11]. Эти положительные фенотипические эффекты были связаны с усилением метилирования ДНК.

Данная работа проведена на крысах-самцах инбредной линии WAG/Rij, разводимых в институте ВНД и НФ РАН и представляющих примерно 73 поколение от родителей, исходно полученных из Нидерландов (Университет Radboud, Наймеген) в 1995 г. Использовано 7-месячное потомство, рожденное матерями, потреблявшими КД (n = 8) и МОД (n = 8). Животных содержали в стандартных условиях вивария со свободным доступом к пище и воде по 4 особи в клетке в условиях естественного цикла день-ночь. Регистрацию ЭЭГ (с 16.00–19.00) с фронтальных (AP 2 мм, L 2.5 мм) и окципитальных (AP – 6 мм, L 4 мм) отделов коры мозга осуществляли у свободно передвигающихся животных с помощью беспроводного 8-канального усилителя биопотенциалов BR8V1 в соответствии с ранее описанным методом [6, 7]. Выраженность АЭ оценивали по числу и длительности ПВР. Выраженность коморбидной депрессии оценивали в тестах вынужденного плавания и предпочтения 2%-го раствора сахарозы (показатель агедонии) аналогично предыдущей работе [7]. После регистрации ЭЭГ и поведения у тех же самых животных исследовали нейрохимию мозга. Содержание моноаминов и их метаболитов в терминальных областях ДАергических систем мозга, таких как префронтальная кора, прилежащее ядро, стриатум, гипоталамус и гиппокамп, определяли с помощью метода ВЭЖХ с электрохимической детекцией, детально описанного ранее [3].

Статистическую обработку данных проводили с использованием однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) с последующим определением различий между средними значениями показателей по тесту Ньюмена–Кейлса и критерию U Манна–Уиттни. Связь между различными показателями оценивали по ранговому коэффициенту корреляции Спирмена. Эксперименты проведены в соответствии с международными правилами содержания и обращения с животными (Директива Европейского сообщества – Directive 2010/63/EU) и принципами, изложенными в положениях ИВНД и НФ РАН о работе с экспериментальными животными.

ANOVA показал, что МОД матери оказывает значимое влияние на число ПВР [F(1.14) = 9.47, p < 0.01], но не влияет на их среднюю длительность (рис. 1).

Рис. 1.

Влияние МОД матери на число (а) и среднюю длительность (б) ПВР у взрослого потомства крыс линии WAG/Rij. Средние значения ± ошибка среднего (M ± m). ** – p < 0.01.

МОД матери вызывала значимое уменьшение длительности иммобильности F(1.14) = 17.92, p < 0.001], увеличение латентного периода иммобильности [F(1.14) = 9.22, p < 0.01] и длительности 1-го эпизода активного плавания (climbing) [F(1.14) = 5.78, p < 0.05], а также увеличение предпочтения сахарозы [F(1.14) = 10.20, p < 0.01] (рис. 2).

Рис. 2.

Влияние МОД матери на длительность иммобильности (а), латентный период иммобильности (б), длительность 1-го эпизода активного плавания (climbing) (в) и предпочтение сахарозы (г) у взрослого потомства крыс линии WAG/Rij. Средние значения ± ± ошибка среднего (M ± m). *** – p < 0.001, ** – p < 0.01, * – p < 0.05.

МОД матери не оказывала значимого влияния на длительность плавания [F(1.14) = 3.13, p = 0.1], ANOVA выявил значимый эффект МОД матери на содержание ДА [F(1.14) = 4.21, p = 0.05], а также на показатель метаболизма ДА – ГВК/ДА [F(1.14) = = 11.08, p < 0.01] в прилежащем ядре: МОД повышала концентрацию ДА и уменьшала отношение ГВК/ДА. В стриатуме МОД матери вызывала повышение уровня НА [F(1.14) = 10.20, p < 0.01], уменьшение содержания ДА [F(1.14) = 5.20, p < 0.05], метаболита ДА – ДОФУК [F(1.14) = = 12.54, p < 0.01] и показателя метаболизма ДА – ГВК/ДА [F(1.14) = 8.57, p < 0.05].

В гиппокампе МОД матери вызывала значимое уменьшение содержания ДА [F(1.14) = 6.74, p < 0.05] и увеличение показателя метаболизма ДА (отношение ГВК/ДА) [F(1.14) = 9.69, p < 0.01]. Значимых влияний МОД матери на содержание моноаминов и их метаболитов в префронтальной коре и гипоталамусе не обнаружено, за исключением тенденции к увеличению показателей метаболизма ДА (отношение ДОФУК/ДА) и 5-ОТ (5-ОИУК/5-ОТ) в гипоталамусе (табл. 1).

Обнаружена положительная корреляция между содержанием ДА в прилежащем ядре и предпочтением сахарозы [R(S) = 0.83, p < 0.05], а также между содержанием ДА в стриатуме и длительностью 1-го эпизода активного плавания [R(S) = 0.77, p < 0.05].

Установлена отрицательная корреляция между содержанием ДА в гиппокампе и длительностью 1-го эпизода активного плавания [R(S) = –0.75, p < 0.05]. Кроме того, выявлена положительная корреляция между содержанием ДОФУК в прилежащем ядре и латентным периодом иммобильности в тесте вынужденного плавания [R(S) = = 0.76, p < 0.05].

Результаты свидетельствуют о том, что МОД матери подавляет проявление АЭ и коморбидной депрессии у взрослого потомства крыс линии WAG/Rij, что согласуется с ранее полученными данными [7]. Этот благоприятный фенотипический эффект МОД ассоциировался с повышением содержания ДА в прилежащем ядре, что свидетельствует о повышении тонуса мезолимбической ДАергической системы мозга. Мезолимбическая ДАергическая система мозга, связанная с мотивацией и подкреплением, играет важную роль в патогенезе депрессии [12] и ее фармакологической коррекции [13]. Недостаточность ДА в прилежащем ядре вносит существенный вклад в патофизиологию ключевого симптома депрессивных расстройств, такого как агедония. Ранее нами было показано, что нейрохимическим механизмом поведенческих симптомов депрессии (повышенная иммобильность в тесте вынужденного плавания и пониженное потребление/предпочтение сахарозы) у крыс линии WAG/Rij является пониженное содержание ДА в прилежащем ядре [3]. Установлено, что повышение содержания ДА в прилежащем ядре приводит к уменьшению симптомов депрессивноподобного поведения (уменьшение длительности иммобильности в тесте вынужденного плавания и увеличение потребления сахарозы) [14, 15]. Эти данные позволяют предположить, что коррекция симптомов коморбидной депрессии, вызываемая МОД матери у взрослого потомства крыс линии WAG/Rij, связана с повышением концентрации ДА в прилежащем ядре. Это предположение подтверждается наличием положительной корреляции между предпочтением сахарозы и концентрацией ДА в прилежащем ядре. Интересно, что системное или локальное (в прилежащее ядро) введение ДАергических агонистов подавляло симптомы АЭ (уменьшало число ПВР), а введение ДАергических антагонистов, напротив, увеличивало число ПВР [5, 16]. Эти данные указывают на то, что коррекция АЭ у потомства, вызываемая МОД матери, может быть также связана с повышением содержания ДА в прилежащем ядре. Однако значимых корреляций между числом ПВР и содержанием ДА в прилежащем ядре не выявлено. Значимых корреляций между длительностью иммобильности в тесте вынужденного плавания и содержанием моноаминов и их метаболитов не обнаружено ни в одной из исследованных структур мозга. Вместе с тем выявлена положительная корреляция между длительностью 1-го эпизода активного плавания (climbing) и содержанием ДА в стриатуме. Эта корреляция, видимо, отражает связь между интенсивностью двигательных реакций во время этого вида поведения (сильные движения передними лапами, подпрыгивания) и концентрацией ДА в стриатуме. Известно, что возникновение повторяющихся спонтанных эпилептических судорог после эпилептического статуса, вызываемого пилокарпином, сопровождается повышением концентрации ДА в гиппокампе и уменьшением скорости его утилизации [17]. Можно предположить, что уменьшение числа ПВР, вызываемое МОД матери у потомства крыс линии WAG/Rij, обусловлено снижением концентрации ДА и увеличением скорости его утилизации в гиппокампе, а также повышением концентрации НА, который обладает антиэпилептической активностью, в стриатуме. Уменьшение содержания ДА и увеличение содержания НА в стриатуме свидетельствуют о повышении активности ДА-β-гидроксилазы. Интересно, что МОД вызывала повышение уровня ДА в прилежащем ядре, но уменьшала его содержание в стриатуме и гиппокампе. Такое разнонаправленное действие МОД, видимо, связано со спецификой морфо-функциональной организации мезолимбической и нигростриатной ДАергических систем, а также с особенностями эпигенетической регуляции обмена моноаминов в этих структурах мозга. Системные факторы, такие как стресс или фармакологические препараты, обычно вызывают однонаправленные нейрохимические эффекты, которые могут быть в разной степени выражены в различных структурах мозга. Возможно, что разнонаправленность эффектов обусловлена опосредованным влиянием диеты матери на мезолимбическую ДАергическую систему через другие нейромедиаторные системы мозга, например ГАМКергическую, глутаматергическую. Это предположение требует дальнейшей проверки. Отсутствие эффекта МОД на ДАергическую систему во фронтальной коре (мезокортикальная система) может свидетельствовать в пользу этого предположения. В случае прямого влияния МОД наблюдалось бы однонаправленное ее влияние на весь процесс синтеза, метаболизма и рецепторной регуляции ДА в разных структурах мозга в равной степени, что характерно для действия нейролептиков, психостимуляторов и некоторых антидепрессантов. Известно, что глутаматергическая система гиппокампа может усиливать активность ДАергических нейронов в вентральной тегментальной области и повышать содержание ДА в прилежащем ядре [18]. В связи с этим избирательное повышение уровня ДА в терминальной области мезолимбической системы мозга (прилежащее ядро) могло бы быть, в частности, объяснено влиянием глутаматергической системы гиппокампа.

Таким образом, в настоящей работе впервые показано, что МОД матери во время перинатального периода вызывает стойкое повышение тонуса мезолимбической ДАергической системы мозга у потомства крыс линии WAG/Rij, которое сохраняется спустя длительное время после прекращения действия МОД. Можно предположить, что возможным механизмом положительного эффекта МОД матери на тонус мезолимбической ДАергической системы мозга у потомства является прямое активирующее воздействие донора метильных групп SAMe на синтез ДА, а также опосредованный эффект через активацию метилирования ДНК и экспрессии гена тирозингидроксилазы – фермента, катализирующего синтез ДА, что было показано нами ранее [9]. Известно, что нарушения реакций трансметилирования и дефицит SAMe из-за недостаточности доноров метильных групп приводят к неврологическим и психическим заболеваниям, включая эпилепсию и депрессию. На киндлинговой модели височной эпилепсии у крыс показан антиэпилептический эффект SAMe [19]. На модели депрессии, вызываемой хроническим умеренным стрессом у мышей, продемонстрирован также антидепрессантный эффект SAMe (уменьшение длительности иммобильности в тесте вынужденного плавания и увеличение предпочтения сахарозы) [20].

Результаты настоящей работы свидетельствуют о том, что диета матери, обогащенная донорами метильных групп и кофакторами одноуглеродного цикла, может быть использована в качестве новой терапевтической стратегии, чтобы предотвратить развитие гипофункции мезолимбической ДАергической системы мозга и ассоциированной с ней наследственной АЕ и коморбидной депрессии у потомства.