STRESSORS IN EARLY POSTNATAL PERIOD ABOLISH DEVELOPMENT OF ALCOHOL PREFERENCE IN ADULT FEMALE RATS (POTENTIAL ROLE OF к-OPIOID RECEPTORS)

Abstract


It is known that stress facilitates desire for alcohol consumption and formation of alcohol dependence in adolescents. Data from the literature suggest that this influence is associated with plastic changes in the dyn-orphin - к-opioid receptors system in the brain. The aim of this study was to compare effects of stressors and к-opioid receptor stimulation during early postnatal development on formation of alcohol dependence in adolescent rats. Male and female rats were subjected to stressors, stimulation of к-opioid receptors or both factors simultaneously. Upon reaching the age of 70-90 days, which corresponds to the adolescent period of human life, the rats were alcoholized. Regardless of the age of exposure, the stressor abolished formation of alcohol preferences in female adolescent rats. A similar result of stimulation of kappa-opioid receptors suggests that they are involved in the observed effect.

Full Text

Введение. Стресс в раннем периоде постнатального развития может способствовать стремлению к потреблению алкоголя и формированию алкогольной зависимости у человека [1-6]. Основа предрасположенности - стойкие пластические изменени системы эмоционального подкреплени мозга, вызванные стрессом [4, 7-13], которые проявляются ангедонией и поиском возможностей ее компенсации [14]. Детально механизм этих изменений не изучен. В частности, неизвестно, имеет ли отношение к данной предрасположенности пластическое изменение системы динорфин-к-опиоидные рецепторы (динорфин-к-опиоидная система, ДКОС). Основанием для такого предположения служат результаты исследований на животных. Известно, что стресс вызывает стойкое повышение уровня эндогенного лиганда к-опиоидных рецепторов (КОР) динорфина в гипоталамусе, миндалине, черном веществе и понижение его содержания в прилежащем ядре [15-17 ]. Ген КОР подвержен эпигенетической регуляции под влиянием стресса [18], а реактивность самих КОР после стрессовой реакции в раннем онтогенезе повышена [19]. Блокада КОР в остром эксперименте на животных препя тствует развитию у н их алкогольной зависимости [2 0] и модулирующему влия нию стресса на этот процесс [21, 22]. При повторном воздействии алкоголя ДКОС крыс претерпевает пластические изменени , играющие роль в формировании алкогольной зависимости [23]. Если высказанное предположение верно, то изменени эмоционально-зависимого поведения при изолированной стимуляции КОР будут аналогичны изменени м, вызванным стрессом. Тако й же подход использован ранее другими исследователями [24]. Цель исследования: сравнить влияние стрессоров и стимуляции к-опиоидных рецепторов в раннем периоде постнатального развити на формирование алкогольной зависимости у взрослых крыс. Материалы и методы исследования. Эксперимент проведен на новорожденных самцах и самках крыс линии В истар, выведенных в виварии ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины» от крыс, полученных из питомника «Раппо-лово». Чер ез 4-8 или 22-26 дней после рождения крысы подвергались воздействию стрессоров и химической стимуляции КОР. Выбор возраста обусловлен особенности ми формиро-вани стресс-реактивности и ДКОС. Возраст 4$8 дней соответствует появлению реакции гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы на стрессоры, то есть началу периода относительной стрессовой гипореактивности (весь период, с 4-го по 14-й день, соответствует 3-12 меся цам жизни человека) [25$27]. У крыс в этом возрасте стимул ци КОР приобретает аверсивное значение [28-31]. Возраст 22-26 дней соответствует по влению у крыс активной оборонительной реакции на стрессоры [32]. Он укладываетс в рамки послемолочного (инфантного) периода развития (с 18 -го по 30 -й день), соответствующего первому периоду детства у человека (1-7 лет ) [33, 34]. В этот период эмоциональная значимость стимуляции КОР зависит от того, переживало ли животное стресс ранее. Если опыта нет, то стимул ци КОР не вызывает эмоциональной реакции, иначе - реакция носит аверсивный характер [35]. В качестве стрессора применялось одновременное воздействие социальной изол ции и незнакомого запаха половозрелого самца [36]. Ежедневно в течение 5 дней крысята отнимались на 30 минут от матери и помещались в коробку, где находилс взрослый самец, наркотизированный хлоралгидратом. Для контроля влияния этого фактора крыс та в отличие от экспериментальных животных подвергались только кратковременному хэндлингу. Дл стимул ции КОР крыся там ежедневно, за 15 минут до воздействи стрессора, вводили внутрибрюшинно селективный агонист КОР спи-радолин (U-62,066) в дозе 1,5 мг/кг [37]. Для контрол вли ни данного фактора вместо спира-долина вводили апирогенный изотонический раствор натри хлорида. По достижении возраста 70-90 дней после рождения крысы подвергались алкоголизации. В течение 30 дней на фоне водной депривации крысы потребл ли раствор этилового спирта. Первые 10 дней его концентрация составляла 5%, следующие 10 дней - 10%, последние 10 дней - 15%. Для стимуляции потребле-ни раствора этанола в него добавл ли 0,1% сахарозы. Сахароза (вместо сахарина) использована потому, что именно она добавл етс в большинство легких газированных алкогольных напитков, которые способствуют алкоголизации [38]. По завершении алкоголизации следовала алкогольная депривация: в течение 3 дней крысы вместо раствора этанола получали неограниченный доступ к воде. На 4-й день производилась оценка предпочтения крысами алкоголя. Для этого им давали возможность свободного потребления жидкостей из двух поилок: с 5% раствором этанола и с водой. Регистрировалась масса каждой из жидкостей, потребленных каждой крысой за 6 и 23 часа. После 6-часового измерени поилки мен ли местами, чтобы исключить вли ние на результат фактора привыкани к месту. Оценка статистической значимости влияния стресса и стимул ции КОР на предпочтение алкоголя проводилась путем дисперсионного анализа на основе общих линейных моделей с планированными сравнени ми. В соответствии с требовани -ми дисперсионного анализа сформированы группы из крыс т разных пометов (таблица). Таблица Зависимые переменные - доля алкоголя в общей массе жидкости, потребленной за 6 и 23 ч. Они были трансформированы по формуле y=log10(101-x), после чего стали соответствовать предположения м дисперсионного анализа: распределение не отличалось от нормального (критерий ^Запиро_Уилка, p<0,05), а дисперсии в группах равны (критерий Ливиня, p<0,05). Результаты исследования. Факторы исследования (стрессор и стимуляция КОР) статистически достоверно влия ют на предпочтение алкоголя в течение первых 6 часов его потребления (рисунок). По результатам планированных сравнений с контрольной группой предпочтение алкоголя существенно ниже у самок, подвергавшихся воздействию стрессора (F(1, 97)=5,30; p=0,023), и у самок после стимул ции КОР (F(1, 97)=4,32; p=0,040). Об этом свидетельствует и значимое взаимодействие между факторами «пол», «стимуля ция КОР» и «стрессор» (F(1, 88)=4,86; p=0,030) (p<0,05). В группе самок, подвергавшихся стимуляции КОР перед воздействием стрессора, предпочтение алкоголя не было понижено (рисунок). Оно было больше, чем при действии отдельных факторов, и находилось на уровне контрольной группы (F(1, 97)=4,19; p=0,043). Это подтверждается и достоверным взаимодействием факторов (стрессор и стимул ци КОР) в группе самок (F(1, 61)=8,29; p=0,005). В группе самцов дисперсионный анализ и планированные сравнения не дали достоверных результатов. Наблюдавшиеся эффекты не зависели от того, в каком из двух возрастов производилось экспериментальное воздействие. Возраст крыс во врем экспериментальных воздействий не вли л на наблюдавшиес эффекты. Влияние изучаемых факторов на предпочтение алкоголя при регистрации в течение 23 часов не вы влено. Контроль Стресс КОР КО Р+стресс Контроль Стресс КОР КОР+стресс Самки Самцы Щ Среднее X Стандартное отклонение Рисунок. Влия ние стрессора и стимуляции к-опиоидных рецепторов на ранних этапах онтогенеза на предпочтение алкогол крысами-подростками. Примечания: * достоверное отличие от контрольной группы; + - достоверное отличие от групп «стресс» и «алкоголь» вместе взятых. Обсуждение результатов. Самцы и самки контрольной группы демонстрировали предпочтение алкоголя в течение первых 6 часов свободного доступа к нему (65_70% потребленной жидкости), что свидетельствует об эффективности примененной модели алкоголизации (см. рисунок). Стрессовые воздействия в раннем периоде постнатального развити не усиливали предпочтение алкоголя. Это не противоречит данным литературы, так как только длительные (в течение нескольких часов) повторные стрессы в раннем возрасте способствуют формированию предпочте-ни алкогол у крыс [39, 40]. В группе самок, переживших стресс в раннем периоде постнатального развити , предпочтение алкоголя было снижено до 52%, то есть алкоголизация не произошла (см. рисунок). На первый взгл д, этот результат противоречит данным литературы: у самок крыс кратковременный стресс в раннем онтогенезе (отъем о т матери на 15 минут) не влияет на потребление алкоголя и его предпочтение [41, 42]. Противоречия могут быть обусловлены различи ми методик: данные литературы получены при длительном наблюдении за Число крыс в группах Возраст крыс Пол Группы (планы дисперсионного анализа) контроль стрессор стимуля ция КОР стрессор и стимуляция КОР 4 8 дней Самцы 8 5 5 5 Самки 11 12 8 15 22 26 дней Самцы 5 5 5 6 Самки 4 6 7 6 потреблением алкоголя (несколько дней), но без предварительной алкогольной депривации. Зависимость последствий стресса от пола показана и у человека [43]. В частности, формирование алкоголизма облегчается после стресса только у мужчин [5]. Как и предполагалось при планировании исследования, эффект химической стимуляции КОР в раннем онтогенезе был подобен эффекту стрессора - подавление эффективности алкоголизации самок и отсутствие влия ния на самцов. Зависимость эффектов изменени активности ДКОС от пола показана и другими авторами. Так, блокада КОР у алкоголизированных самцов (70 дней после рождения) увеличивает потребление алкоголя , а у самок - снижает [44]. В основе, по-видимому, лежат половые особенности функционирования ДКОС [45]. В отличие от изолированного влияния стрессора и стимул ции КОР, симультанное действие этих факторов не снижало предпочтение алкоголя самками. Если предполагать, что влияние обоих факторов на склонность крыс к алкоголизации реализуется через общий механизм, то наблюдаемый эффект взаимодействия может быть о бъяснен нелинейной зависимостью эффекта воздействи на КОР от его силы. А если механизмы разные, то они, возможно, антагонистичны. Первый вариант интерпретации более вероя тен, так как влия ние стрессоров разной силы на алкоголизацию, как описано выше, само по себе не линейно. Заключение. Кратковременное повторное воздействие стрессоров в раннем периоде онтогенетического развития препятствует алкоголизации взрослых самок крыс. Аналогичный результат наблюдаетс при химической стимул ции к-опиоидных рецепторов, что позволяет предположить существование связи наблюдающегося эффекта с активацией системы динорфин- к-опиоидные р ецепторы. Вероятно, наличие и знак эффекта активации к-опиоидных р ецепторов завис т от интенсивности активирующего воздействи . Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 12-04-01188-а.

About the authors

V N Mukhin

Institute of Experimental Medicine

A P Kozlov

Institute of Experimental Medicine

I N Abdurasulova

Institute of Experimental Medicine

K I Pavlov

Institute of Experimental Medicine

V V Sizov

Institute of Experimental Medicine

A V Matsulevitch

Institute of Experimental Medicine

V M Klimenko

Institute of Experimental Medicine

References

  1. Hildebrandt T., Greif R. Stress and addiction // Psychoneuroendocrinology. 2013. Vol. 38, No 9. P. 1923-1927.
  2. Азарных Т.Д. Посттравматические стрессы и употребление алкоголя в юношеском возрасте // Академический журнал Западной Сибири. 2013. Т. 9, № 2 (45). С. 20. [Azarnykh T. D. Post-traumatic stress and alcohol use in adolescence // Akademicheskij zhurnal Zapadnoj Sibiri. 2013. Vol. 9, No 2 (45). P. 20.]
  3. Anda R.F., Whitfield C.L., Felitti V.J., Chapman D., Edwards V.J., Dube S.R., Williamson D.F. Adverse Childhood Experiences, Alcoholic Parents, and Later Risk of Alcoholism and Depression // Psychiatric Services. 2002. Vol. 53, No 8. P. 1001-1009.
  4. De Bellis M.D. Developmental traumatology: a contributory mechanism for alcohol and substance use disorders // Psychoneuroendocrinology. 2002. Vol. 27, No 1-2. P. 155-170.
  5. Enoch M.-A. The role of early life stress as a predictor for alcohol and drug dependence // Psychopharmacology (Berl.). 2011. Vol. 214, No 1. P. 17-31.
  6. Graham Y.P., Heim C., Goodman S.H., Miller A.H., Nemeroff C.B. The effects of neonatal stress on brain development: implications for psychopathology // Development and Psychopathology. 1999. Vol. 11, No 3. P. 545-565.
  7. Маслова Л.Н., Булыгина В.В., Амстиславская Т.Г. Длительная социальная изоляция и социальная нестабильность в подростковом возрасте у крыс: непосредственные и отдаленные физиологические и поведенческие эффекты // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2009. Т. 59, № 5. С. 598-609 [Maslova L.N., Bulygina V.V., Amstislavskaya T.G. Social Isolation and Social Instability in Adolescence in Rats: Immediate and Long-term Physiological and Behavioral Effects // Zh Vyssh Nerv Deiat I.P. Pavlova. 2009. Vol. 59, No 5. P. 598-609.]
  8. Dallman M.F. Early Life Stress: Nature and Nurture // Endocrinology. 2014. Vol. 155, No 5. P. 1569-1572.
  9. Fernández M.S., Fabio M.C., Miranda-Morales R.S., Virgolini M.B., De Giovanni L.N., Hansen C., Wille-Bille A., Nizhnikov M.E., Spear L.P., Pautassi R.M. Age-related effects of chronic restraint stress on ethanol drinking, ethanol-induced sedation, and on basal and stress-induced anxiety response // Alcohol. 2016. Vol. 51. P. 89-100.
  10. Fone K.C.F., Porkess M.V. Behavioural and neurochemical effects of post-weaning social isolation in rodents - Relevance to developmental neuropsychiatric disorders // Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2008. Vol. 32, No 6. P. 1087-1102.
  11. Holgate J.Y., Bartlett S.E. Early Life Stress, Nicotinic Acetylcholine Receptors and Alcohol Use Disorders // Brain Sciences. 2015. Vol. 5, No 3. P. 258-274.
  12. Meaney M.J., Brake W., Gratton A. Environmental regulation of the development of mesolimbic dopamine systems: a neurobiological mechanism for vulnerability to drug abuse? // Psychoneuroendocrinology. 2002. Vol. 27, No 1-2. P. 127-138.
  13. Weaver I.C.G. Shaping adult phenotypes through early life environments // Birth Defects Research Part C: Embryo Today: Reviews. 2009. Vol. 87, No 4. P. 314-326.
  14. Беренштейн Ю.А. Субъективные причины употребления алкоголя руководителями // Здоровье - основа человеческого потенциала: проблемы и пути их решения. 2014. Т. 9, № 2. С. 574-576. [Berenshtejn Ju.A. Subjective causes of alcohol use by managers // Zdorov'e - osnova chelovecheskogo potenciala: problemy i puti ih reshenija. 2014. Vol. 9, No 2. P. 574-576]
  15. Gustafsson L., Oreland S., Hoffmann P., Nylander I. The impact of postnatal environment on opioid peptides in young and adult male Wistar rats // Neuropeptides. 2008. Vol. 42, No 2. P. 177-191.
  16. Ploj K., Roman E., Nylander I. Long-term effects of short and long periods of maternal separation on brain opioid peptide levels in male Wistar rats // Neuropeptides. 2003. Vol. 37, No 3. P. 149-156.
  17. Ploj K., Roman E., Nylander I. Long-term effects of maternal separation on ethanol intake and brain opioid and dopamine receptors in male wistar rats // Neuroscience. 2003. Vol. 121, No 3. P. 787-799.
  18. Flaisher-Grinberg S., Persaud S.D., Loh H.H., Wei L.-N. Stress-induced epigenetic regulation of κ-opioid receptor gene involves transcription factor c-Myc // PNAS. 2012. Vol. 109, No 23. P. 9167-9172.
  19. Karkhanis A.N., Rose J.H., Weiner J.L., Jones S.R. Early-Life Social Isolation Stress Increases Kappa Opioid Receptor Responsiveness and Downregulates the Dopamine System // Neuropsychopharmacology. 2016. Vol. 41, No 9. P. 2263-2274.
  20. Lindholm S., Werme M., Brené S., Franck J. The selective κ-opioid receptor agonist U50,488H attenuates voluntary ethanol intake in the rat // Behavioural Brain Research. 2001. Vol. 120, No 2. P. 137-146.
  21. Anderson R.I., Becker H.C. Role of the Dynorphin/Kappa Opioid Receptor System in the Motivational Effects of Ethanol // Alcohol Clin. Exp. Res. 2017. Online.
  22. Walker B.M., Valdez G.R., McLaughlin J.P., Bakalkin G. Targeting dynorphin/kappa opioid receptor systems to treat alcohol abuse and dependence // Alcohol. 2012. Vol. 46, No 4. P. 359-370.
  23. Sirohi S., Walker B.M. Alcohol-induced plasticity in the dynorphin/kappa-opioid receptor system // Front. Mol. Neurosci. 2012. Vol. 5. P. 95.
  24. McLaughlin J.P., Land B.B., Li S., Pintar J.E., Chavkin C. Prior Activation of Kappa Opioid Receptors by U50,488 Mimics Repeated Forced Swim Stress to Potentiate Cocaine Place Preference Conditioning // Neuropsychopharmacology. 2006. Vol. 31, No 4. P. 787-794.
  25. Butte J.C., Kakihana R., Farnham M.L., Noble E.P. The Relationship Between Brain and Plasma Corticosterone Stress Response in Developing Rats // Endocrinology. 1973. Vol. 92, No 6. P. 1775-1779.
  26. Sapolsky R.M., Meaney M.J. Maturation of the adrenocortical stress response: Neuroendocrine control mechanisms and the stress hyporesponsive period // Brain Research Reviews. 1986. Vol. 11, No 1. P. 65-76.
  27. Schapiro S. Pituitary ACTH and compensatory adrenal hypertrophy in stress-non-responsive infant rats // Endocrinology. 1962. Vol. 71. P. 986-989.
  28. Barr G.A., Wang S., Carden S. Aversive properties of the κ-opioid agonist U50,488 in the week-old rat pup // Psychopharmacology. 1994. Vol. 113, No 3-4. P. 422-428.
  29. Carden S.E., Barr G.A., Hofer M.A. Differential effects of specific opioid receptor agonists on rat pup isolation calls // Developmental Brain Research. 1991. Vol. 62, No 1. P. 17-22.
  30. Kehoe P., Boylan C.B. Behavioral effects of kappa-opioid-receptor stimulation on neonatal rats // Behavioral neuroscience. 1994. Vol. 108, No 2. P. 418-423.
  31. Nizhnikov M.E., Pautassi R.M., Varlinskaya E., Rahmani P., Spear N.E. Ontogenetic Differences in Ethanol’s Motivational Properties during Infancy // Alcohol. 2012. Vol. 46, No 3. P. 225-234.
  32. Wiedenmayer C.P. Plasticity of defensive behavior and fear in early development // Neuroscience and biobehavioral reviews. 2009. Vol. 33, No 3. P. 432-441.
  33. Махинько В.И., Никитин В.Н. Константы роста и функциональные периоды развития в постнатальной жизни белых крыс // Молекулярные и физиологические механизмы возрастного развития. Киев: Наукова думка, 1975. С. 308-326. [Mahin'ko V.I., Nikitin V.N. Growth constants and functional developmental periods in postnatal life of white rats // Molecular and physiological mechanisms of age-related development. Kiev: Naukova dumka, 1975. P. 308-326.]
  34. Ošt’ádalová I., Babický A. Periodization of the early postnatal development in the rat with particular attention to the weaning period // Physiol Res. 2012. Vol. 61, Suppl. 1. P. S1-7.
  35. Anderson R.I., Agoglia A.E., Morales M., Varlinskaya E.I., Spear L.P. Stress, kappa manipulations, and aversive effects of ethanol in adolescent and adult male rats // Neuroscience. 2013. Vol. 249. P. 214-222.
  36. Takahashi L.K. Ontogeny of behavioral inhibition induced by unfamiliar adult male conspecifics in preweanling rats // Physiology & Behavior. 1992. Vol. 52, No 3. P. 493-498.
  37. Wadenberg M.-L.G. A Review of the Properties of Spiradoline: A Potent and Selective k-Opioid Receptor Agonist // CNS Drug Reviews. 2003. Vol. 9, No 2. P. 187-198.
  38. Аназарова С.А., Иванов В.В., Изверова А.А., Кадура А.А. Алкогольная интоксикация у детей и подростков // Бюллетень медицинских интернет-конференций. 2013. Т. 3, № 11. С. 1209. [Anazarova S.A., Ivanov V.V., Izverova A.A., Kadura A.A. Alcohol intoxication in children and adolescents // Bjulleten' medicinskih internet-konferencij. 2013. Vol. 3, No 11. P. 1209.]
  39. Huot R.L., Thrivikraman K., Meaney M.J., Plotsky P.M. Development of adult ethanol preference and anxiety as a consequence of neonatal maternal separation in Long Evans rats and reversal with antidepressant treatment // Psychopharmacology. 2001. Vol. 158, No 4. P. 366-373.
  40. Jaworski J.N., Francis D.D., Brommer C.L., Morgan E.T., Kuhar M.J. Effects of early maternal separation on ethanol intake, GABA receptors and metabolizing enzymes in adult rats // Psychopharmacology. 2005. Vol. 181, No 1. P. 8-15.
  41. Gustafsson L., Ploj K., Nylander I. Effects of maternal separation on voluntary ethanol intake and brain peptide systems in female Wistar rats // Pharmacology Biochemistry and Behavior. 2005. Vol. 81, № 3. P. 506-516.
  42. Roman E., Ploj K., Nylander I. Maternal separation has no effect on voluntary ethanol intake in female Wistar rats // Alcohol. 2004. Vol. 33, No 1. P. 31-39.
  43. Teicher M.H., Andersen S.L., Polcari A., Anderson C.M., Navalta C.P. Developmental neurobiology of childhood stress and trauma // Psychiatr. Clin. North Am. 2002. Vol. 25, No 2. P. 397-426, vii-viii.
  44. Morales M., Anderson R.I., Spear L.P., Varlinskaya E.I. Effects of the kappa opioid receptor antagonist, nor-binaltorphimine, on ethanol intake: Impact of age and sex // Dev Psychobiol. 2014. Vol. 56, No 4. P. 700-712.
  45. Chartoff E.H., Mavrikaki M. Sex Differences in Kappa Opioid Receptor Function and Their Potential Impact on Addiction // Front. Neurosci. 2015. Vol. 9.

Statistics

Views

Abstract - 59

PDF (Russian) - 3

Cited-By


PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2017 Mukhin V.N., Kozlov A.P., Abdurasulova I.N., Pavlov K.I., Sizov V.V., Matsulevitch A.V., Klimenko V.M.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies