Effect of antorex, a new antagonist of orexin receptors, on binge eating in rats caused by weaning from the mother in early ontogenesis

Full Text

АКТУАЛЬНОСТЬ

В модели компульсивного переедания на животных показано, что прерывистое потребление высококалорийной пищи вызывает компульсивное переедание независимо от увеличения веса тела [1]. Ранее был исследован ряд моделей компульсивного переедания для грызунов. Показано, что прерывистое воздействие высококалорийной пищи вызывает эпизоды переедания [1, 2]. При этом механизмом компульсивного переедения является изменение обмена ряда нейромедиаторных систем, в частности, дофамина, серотонина, норадреналина, опиоидов, а также гормонов стресса [2].

Гипоталамические нейропептиды орексины А и В участвуют в регуляции цикла сон – бодрствование, пищевом поведении и механизмах вознаграждения. Орексины синтезируются в латеральном гипоталамусе и взаимодействуют с нейронами через G-протеин ассоциированные орексиновые рецепторы 1-го и 2-го типов [3]. OX1R участвует в реакциях эмоционального поведения и реакциях избегания, тогда как OX2R регулирует циркадный суточный ритм [4, 5]. Экспериментальные и клинические исследования показали вовлечение системы орексина в ответ на стрессорные воздействия [6]. Мишени действия орексина в головном мозге — гипоталамус, ядро ложа конечной полоски, миндалина, префронтальная кора, гиппокамп, голубое пятно [6].

Действие хронических и острых стрессов в онтогенезе приводит к значительным постстрессорным расстройствам [7]. Социальная депривация, материнское пренебрежение, физическое и сексуальное насилие в детстве связаны с отдаленными расстройствами эмоционального поведения и нарушением мотиваций [8]. В результате наблюдаются депрессии, повышение уровня тревожности и злоупотребление алкоголя и наркотиков [9]. Отлучение от матери (МS) в раннем онтогенезе вызывает у животных стойкие нарушения эмоциональных реакций и формирования зависимости от психоактивных средств [10].

В настоящее время ощущается явный недостаток научных работ, посвященных участию системы орексина в пищевой зависимости, не изучены и механизмы влияния его рецепторов на системы подкрепления и эмоционального поведения при стрессорных воздействиях среды. Анторекс — рекомбинантный пептидный аналог орексина с молекулярной массой 6,5 кДа, разработан в ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины». Анторекс представляет собой инновационное соединение, созданное на основе генно-инженерного белка — антагониста орексина А. Анторекс блокирует рецепторы ОХR1 на дофаминергических терминалях и снижает поведенческие проявления зависимости и сопутствующие элементы эмоциональной дисфории [11].

Цель — изучение действия нового пептидного аналога орексина анторекса на компульсивное переедание, вызванное отлучением от матери в раннем онтогенезе, у взрослых крыс.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Эксперименты проведены на 29 самцах и 4 самках крыс Вистар массой 200–250 г, полученных из питомника лабораторных животных «Рапполово» (Ленинградская область). Животных содержали в условиях вивария в стандартных пластмассовых клетках при свободном доступе к воде и пище в условиях инвертированного света 8:00–20:00 при температуре 22 ± 2 °C. В ходе опыта были соблюдены принципы гуманного отношения к лабораторным животным в соответствии с «Правилами лабораторной практики в Российской Федерации» (приказ МЗ РФ от 2003 г. № 267).

Животные после поступления из питомника проходили двухнедельный период карантина в соответствующем блоке вивария. Самок крыс содержали в пластиковых клетках (40 × 50 × 20 см) по 5 особей с доступом к воде и пище ad libitum. В каждую клетку подсаживали по одному самцу, на следующий день у самок производили забор вагинальных мазков с целью обнаружения сперматозоидов и методом световой микроскопии фиксировали наступление беременности, это считали нулевым днем. После наступления беременности животных помещали в индивидуальную клетку. Беременность протекала 20 ± 2 дня. Животные были разделены на группы: группа 1 — не стрессированные животные, получающие доступ к шоколадной диете 3 раза в неделю; группа 2МS — животные после материнской депривации, получающие доступ к шоколадной диете 3 раза в неделю.

Модель отлучения от матери. Крыс со 2-го по 12-й день постнатального периода помещали в индивидуальные пластиковые стаканчики на 180 мин в течение 10 последовательных дней. Зрительный контакт с матерью был исключен. После MS и молочного вскармливания крыс выращивали в стандартных клетках по 5 особей в каждой. В опыте использовали самцов в возрасте 90–100 дней и весом 200–250 г.

Метод компульсивного переедания высококалорийной пищи. Экспериментальные группы получали в течение 1 ч доступ к диете с высоким содержанием углеводов (смесь шоколадной пасты) каждый третий день. Контрольные животные потребляли только стандартный гранулированный корм для крыс. Высококалорийная пища представляла собой смесь, приготовленную путем смешивания шоколадного пасты, измельченного гранулированного корма для крыс и воды в следующем соотношении: 52 % шоколадная паста, 33 % пищевых гранул и 15 % воды. Калорийность рациона при этом составляла 3,63 ккал/г. Стандартный гранулированный корм для крыс располагали внутри контейнера с металлической сеткой, который подвешивали на передней стенке клетки; его вынимали из клетки, чтобы измерить вес для определения потребления корма. Смесь из шоколадной пасты подавалось в чашке; ручка чашки была вставлена в металлическую стенку клетки. За 15 мин до подачи кормушки с шоколадной пастой ее помещали в 5 см досягаемости от животных и при полном визуальном контакте. В течение 15 мин чашка, содержащая шоколадную пасту, была помещена внутрь контейнера с металлической сеткой, которая подвешивали на передней стенке клетки. Животное могло видеть пасту, а также ощущать ее запах. В течение этого 15-минутного периода крыса совершала повторяющиеся движения передних лап, головы и туловища, направленные на получение пасты, но не могла ее достать. Эта манипуляция вызывала повышение уровня кортикостерона в сыворотке крови [12]. Через 15 мин чашку помещали в клетку крыс, чтобы паста стала для них доступна. Перед сеансом переедания стандартную пищу для грызунов, присутствующую в каждой клетке, взвешивали, чтобы оценить потребление пищи за 24 ч на следующий день. Через 15 дней после начала эксперимента с шоколадной диетой крыс рассаживали в одиночные клетки и продолжали ее подачу еще в течение 30 дней. Фиксировали следующие параметры: количество съеденного стандартного корма; количество съеденной шоколадной пасты за 1 ч доступа. Вес животных фиксировали 1 раз в неделю в строго установленный день.

В отделе нейрофамакологии им. С.В. Аничкова ФБГНУ «Институт экспериментальной медицины» с помощью генно-инженерного метода был синтезирован анторекс, пептидный аналог антагониста орексина [11]. На 6-й неделе эксперимента вводили анторекс интраназально 1 мкг / 1 мкл, 20 мкл в течение 7 дней.

Для статистической обработки полученных количественных данных применяли программное обеспечение Graph Pad Prizm v.6. Все данные были представлены как среднее ± стандартное отклонение. Статистическую значимость различий между группами определяли с помощью однофакторного дисперсионного анализа ANOVA. Для сравнения только между двумя группами применяли t-критерий Стьюдента для независимых выборок.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

При изучении влияния МS на потребление стандартного корма было показано, что среднее потребление за 10 дней тестирования в группе 2МS не изменялось относительно контрольной (интактной) группы 1, так же как и после введения анторекса (рис. 1).

 

Рис. 1. Влияние материнской депривации (MS) на потребление стандартного корма при выдаче шоколада 3 раза в неделю. *p < 0,001 относительно контрольной (интактной) группы животных

Fig. 1. Effect of maternal deprivation on the consumption of standard food when given chocolate three times a week. *p < 0.001 compared with the control (intact) group of animals

 

МS увеличивало потребление высококалорийной пищи при выдаче шоколада 3 раза в неделю в группе 2МS (p < 0,001) относительно контрольной (интактной) группы 1, но не влияло на потребление стандартного гранулированного корма (рис. 2).

 

Рис. 2. Влияние материнской депривации (MS) на потребление высококалорийной пищи при выдаче шоколада 3 раза в неделю. *p < 0,001 относительно контрольной (интактной) группы животных

Fig. 2. Effect of maternal deprivation on the consumption of high-calorie foods when chocolate is provided three times a week. *p < 0.001 compared with the control (intact) group of animals

 

Анторекс не менял потребление высококалорийной пищи, как и стандартного гранулированного корма в группе 2МS в сравнении с контрольной (интактной) группой 1.

Для описания компульсивного переедания используется понятие «пищевая зависимость». Компульсивное переедание как правило связано с потерей контроля над приемом пищи [1, 2]. Пищевая активность может определяться как механизмами, связанными с потребностью регулировать запасы энергии в организме, так и с мотивационными и гедоническими потребностями, которые реализуются посредством активации системы награды головного мозга [13].

В настоящем исследовании применяли метод выработки переедания высококалорийной пищи. Показано, что модель материнского пренебрежения увеличивает проявления элементов переедания. Эпизоды компульсивного переедания проявлялись в результате применения прерывистого питания высококалорийной пищи. Это можно объяснить также и использованием в опытах по выработке пищевой зависимости ожиданием животного пищевого подкрепления в течение 15 мин, но при зрительном контакте с пищей, что согласуется с другими исследованиями [12].

Стресс отнятия от матери у грызунов является моделью материнской депривации у человека. Исследование модели ранней материнской депривации свидетельствует о значительных эффектах стрессорного воздействия на развитие компульсивного переедания [9]. Психические стрессы в онтогенезе вызывают нарушение развития и социализации у человека, влияют на развитие расстройств пищевого поведения, в частности, компульсивного переедания. В пубертатный период наблюдаются эндокринные перестройки, изменения баланса возбуждения и торможения, когда участие нейропептидов и моноаминов в формировании нарушений пищевого поведения становится критической [10].

Моделирование клинических проявлений компульсивного переедания на животных предоставляет ряд данных для понимания механизмов пищевого поведения. Показано участие гормональных и медиаторных механизмов в формировании положительных эмоциональных состояний при компульсивном переедании. При этом вовлекаются дофаминовая и серотониновая системы, а также пептиды головного мозга [12]. В настоящем исследовании показано, что в механизм компульсивного переедания вовлекается и система орексигенных пептидов на примере орексина. Он действует в первую очередь на систему регуляции метаболического питания в гипоталамусе, где он образуется, и активирует пищевое поведение [13]. Роль орексина в экстрагипоталамических зонах мозга проявляется в его действии на высшие функции мозга, подкрепление и мотивацию, страх и депрессию. Мишенями действия орексина при стрессе служат нейроны гипоталамуса, синтезирующие кортикотропин-релизинг гормон (CRH) [5], а также система расширенной миндалины, которая включает ядро ложа конечной полоски, безымянную субстанцию, центральное ядро миндалины, и прилежащее ядро [14]. Структуры расширенной миндалины образуют функциональную систему для реализации подкрепляющих эффектов психотропных средств. Антагонисты рецепторов CRH в этих структурах уменьшают эффекты наркогенов [14].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в настоящем исследовании показано, что хронический стресс отнятия от матери в раннем онтогенезе вызывает повышение элементов компульсивного переедания у взрослых крыс. Интраназальное введение нового антагониста рецепторов орексина анторекса снижает проявления компульсивного переедания у крыс после отнятия от матери в условиях прерывистого потребления высококалорийной пищи, что предполагает новые подходы к изучению и синтезу антагонистов рецепторов орексина для коррекции нарушений пищевого поведения, вызванного психогенными стрессами в раннем онтогенезе.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией. Личный вклад каждого автора: А.А. Лебедев, С.С. Пюрвеев, Н.Д. Надбитова, А.В. Лизунов, Е.Р. Бычков, В.В. Лукашкова, Н.Р. Евдокимова, В.А. Лебедев — написание статьи, анализ данных; П.Д. Шабанов — редактирование статьи, разработка общей концепции.

Финансирование. Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России FGWG-2022-0004 на 2022–2025 гг. «Поиск молекулярных мишеней для фармакологического воздействия при аддиктивных и нейроэндокринных нарушениях и создание новых фармакологически активных веществ, действующих на рецепторы ЦНС».

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

ADDITIONAL INFORMATION

Authors’ contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the study, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the article, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the study. The contribution of each author: A.A. Lebedev, S.S. Pyurveev, N.D. Nadbitova, A.V. Lizunov, E.R. Bychkov, V.V. Lukashkova, N.R. Evdokimova, V.A. Lebedev — writing an article, data analysis; P.D. Shabanov — editing an article, developing a general concept.

Funding source. The work was carried out within the framework of the state task of the Ministry of Education and Science of Russia FGWG-2022-0004 for 2022–2025 “Search of molecular targets for pharmacological action in addictive and neuroendocrine disorders and the creation of new pharmacologically active substances acting on CNS receptors”.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

About the authors

Andrey A. Lebedev

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: aalebedev-iem@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-0297-0425
SPIN-code: 4998-5204

Dr. Sci. (Biology), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Sarng S. Pyurveev

Institute of Experimental Medicine; Saint Petersburg State Pediatric Medical University

Email: dr.purveev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4467-2269
SPIN-code: 5915-9767
Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Natalia D. Nadbitova

Institute of Experimental Medicine

Email: natali_805@mail.ru

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

Evgeny R. Bychkov

Institute of Experimental Medicine

Email: bychkov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8911-6805
SPIN-code: 9408-0799

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Saint Petersburg

Aleksey V. Lizunov

Institute of Experimental Medicine

Email: izya12005@yandex.ru

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Valeria V. Lukashkova

Institute of Experimental Medicine

Email: valeriyalu15@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg

Natalia R. Evdokimova

Institute of Experimental Medicine

Email: natali_805@mail.ru

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Viktor A. Lebedev

Institute of Experimental Medicine

Email: vitya-lebedev-57@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1525-8106
SPIN-code: 1878-8392

Cand. Sci. (Biology)

Russian Federation, Saint Petersburg

Petr D. Shabanov

Institute of Experimental Medicine

Email: pdshabanov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1464-1127
SPIN-code: 8974-7477

Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

References