Участие Bdnf, Ntrk2 и Pi3k в механизмах компульсивного переедания после действия психогенных стрессоров в онтогенезе

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Актуальность. Исследование нейрохимических механизмов пищевой зависимости дает представление об экспериментальном моделировании ряда его клинических проявлений.

Цель — изучение влияния выработки компульсивного переедания, вызванного материнской депривацией в раннем онтогенезе или выращиванием в условиях социальной изоляции, на экспрессию генов Bdnf, Ntrk2 и Pi3k в гипоталамусе крыс.

Материалы и методы. Животных в одной группе со 2-го по 12-й день после рождения на 180 мин отлучали от матери в течение 10 дней, в опытах использовали самцов в возрасте 90–100 дней. Другую группу животных (без отлучения от матери) с 21-го дня после рождения выращивали в индивидуальных клетках, в опытах использовали самцов в возрасте 90–100 дней. При выработке компульсивного переедания животные получали в течение 1 ч диету с высоким содержанием углеводов (шоколадная паста) каждый день или каждый третий день в течение 30 дней. За 15 мин до кормления пасту помещали в 5 см досягаемости при визуальном контакте.

Результаты. В группах с прерывистым воздействием высококалорийной пищи (шоколадную пасту животные получали каждый третий день) ПЦР-анализ показал наличие экспрессии генов Bdnf, Ntrk2 и Pi3k в гипоталамусе. Экспрессия гена Bdnf при этом была выше у группы крыс после материнской депривации по сравнению с контролем. Показано, что экспрессия генов Ntrk2 и Pi3k на фоне высокоуглеводной пищи была выше у крыс, выращенных в изоляции, по сравнению с животными, выращенными в сообществе.

Заключение. Полученные данные предполагают новые пути синтеза фармакологических средств пептидной природы, связанных с сигнальным каскадом PI3K/AKT/mTOR, для коррекции пищевой зависимости, вызванной психогенными стрессами в онтогенезе.

Полный текст

АКТУАЛЬНОСТЬ

Исследование нейрохимических механизмов пищевой зависимости дает представление об экспериментальном моделировании ряда его клинических проявлений. Показано вовлечение в механизмы пищевой зависимости нейроэндокринных процессов и ряда нейромедиаторных систем, в частности, опиоидов, серотонина, дофамина и гормонов [1]. Расстройство компульсивного (приступообразного) переедания, формы пищевой зависимости, включает в себя прерывистое, чрезмерное потребление вкусной пищи в короткие периоды времени, и это поведение, в отличие от булимии или нервной анорексии, не сопровождается компенсаторным поведением [1]. Факторы, которые могут влиять на эпизоды компульсивного переедания, включают различные стрессоры (частичная депривация от пищи и периодическое воздействие богатой энергией вкусной пищи) [2]. Ранее нами показано, что более высокое прерывистое потребление пищи, богатой жирами и сахаром, предсказывает у крыс переедание независимо от увеличения массы тела или ожирения, что проявляется компульсивным (приступообразного) перееданием [3].

Ранние психогенные стрессы приводят к отдаленным посттравматическим стрессовым расстройствам (ПТСР) [4]. Отлучение от матери (МS) и выращивание в изоляции (IS) вызывают расстройства поведения, мотиваций, появление депрессий, повышение тревожности и злоупотребления психоактивными средствами [5–7]. Ранее было выявлено участие генов в нарушении поведения вследствие действия МS: гены транспортера серотонина (5-HTTLPR), рецепторов серотонина (5HT2A, 5HT2C), моноаминоксидазы А МАОА, триптофангидроксилазы TPH1, рецепторов дофамина (DRD2, DRD4) и транспортера дофамина SLC6A3 [8, 9]. Несмотря на имеющиеся данные об участии медиаторных систем в отсроченных эффектах МS [10–12], ощущается дефицит исследований по включению пептидных генов после хронического стресса МS и IS, в частности, гена нейротрофического фактора BDNF [13–15].

Компульсивное переедание как основа пищевой зависимости часто сочетается с ПТСР [16]. Эти состояния могут иметь общую этиологию или возникать в ответ на схожие предшествующие факторы окружающей среды. ПТСР — это психическое и поведенческое расстройство, которое может возникать в результате воздействия сверхсильного травмирующего события, как например, боевые действия, техногенные катастрофы, дорожно-транспортные происшествия, сексуальное насилие, жестокое обращение с детьми, насилие в семье или другие угрозы жизни человека (Национальный институт психического здоровья, 2017).

Нейротрофический фактор головного мозга (BDNF) относится к семейству нейротрофинов, которые взаимодействуют с высокоаффинными рецепторами протеинкиназы (Trk) и неселективным рецептором p75NGFR. Ген Bdnf имеет сложную структуру с множеством регуляторных элементов и четырьмя промоторами, которые дифференциально экспрессируются в центральной или периферической ткани [17–19]. Экспрессия BDNF регулируется активностью нейронов или периферическими гормонами. Нейротрофины регулируют выживание и дифференцировку нейронов во время развития, но все больше данных указывает на то, что они также участвуют в ряде функций во взрослом возрасте, включая процессы пластичности. Экспрессия Bdnf в центральной нервной системе изменяется при различных видах повреждения головного мозга (стресс, ишемия, судорожная активность, гипогликемия и т. д.), и изменения в его экспрессии могут способствовать развитию некоторых патологий, таких как депрессия, эпилепсия, болезни Альцгеймера и Паркинсона [19]. Показано, что пептиды, регулирующие аппетит, такие как BDNF, играют модулирующую роль в поведении, связанном с вознаграждением, посредством путей, которые контролируют потребление энергии и массу тела [20]. BDNF является активатором рецептора тропомиозинового тирозинкиназного рецептора B (TrkB, рецептор ростовых факторов BDNF/NT-3) — белок, кодируемый геном NTRK2. Активация TrkB ингибирует KCC2 — белок-транспортер хлорид-ионов в клетках ЦНС [13]. Вследствие этого TrkB, вместе с BDNF, связан с множеством процессов в ЦНС, в том числе в сигнальных каскадах, запускающих развитие пищевой зависимости [15]. У крыс, склонных к перееданию, наблюдалась экспрессия генов Bdnf и тропомиозинового тирозинкиназного рецептора B (TrkB) в гиппокампе и префронтальной коре [20]. Лиганды TrkB (тирозинкиназы) активирует сигнальный путь PI3K/AKT/mTOR — внутриклеточный сигнальный путь, одним из центральных компонентов которого являются ферменты фосфоинозитид-3-киназа (PI3K) [21]. Путь PI3K/AKT/mTOR, в свою очередь, и является внутриклеточным сигнальным каскадом, запускающим механизм пищевой зависимости.

Цель работы — изучение влияния выработки компульсивного переедания, вызванного материнской депривацией в раннем онтогенезе или выращиванием в условиях социальной изоляции, на экспрессию генов Bdnf, Ntrk2 и Pi3k в гипоталамусе крыс.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Эксперименты проведены на 86 самцах и 9 самках 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 Минздрава России от 2003 г. № 267).

Животные после поступления из питомника проходили 2-недельный период карантина в соответствующем блоке вивария. Самок крыс линии Вистар содержали в пластиковых клетках размерами 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.

Животных случайным образом разделили на 6 групп: группа e.ch. — нестрессированные животные, получающие доступ к шоколадной диете ежедневно; группа e.ch.+MD — животные после материнской депривации, получающие доступ к шоколадной диете ежедневно; группа i.ch — нестрессированные животные, получающие доступ к шоколадной диете 3 раза в неделю (вторник, четверг, суббота); группа i.ch+MD — животные после материнской депривации, получающие доступ к шоколадной диете 3 раза в неделю (вторник, четверг, суббота); группа intaсt — нестрессированные животные, не получающие шоколадную диету; группа control — животные после материнской депривации, не получающие шоколадную диету. Во втором опыте животных также случайным образом разделили на 4 группы: groupped — интактный контроль, неизолированные крысы; grouped+ch. — неизолированные крысы, углеводное кормление давали через день; isolated — крысы-изолянты; isolated+ch. — крысы-изолянты, углеводное кормление давали через день.

Модель отлучения от матери

Крысят со 2-го по 12-й день постнатального периода помещали в индивидуальные пластиковые стаканы на 180 мин на 10 последовательных дней. Зрительный контакт с матерью был исключен. После MS и молочного вскармливания крысят выращивали в стандартных клетках по 5 особей в каждой. В опыте использовали самцов в возрасте 90–100 дней и весом 200–250 г [22].

Модель социальной изоляции

На 21-й день после рождения (сразу после молочного вскармливания) самцов рассаживали в индивидуальные клетки. В возрасте 90–100 дней животных использовали для изучения поведения. После каждого эксперимента животных возвращали в свои жилые клетки [22].

Метод компульсивного переедания высококалорийной пищи [23, 24]

Экспериментальные группы в течение 1 ч получали доступ к диете с высоким содержанием углеводов (смесь шоколадной пасты) каждый день (группы e.ch. и e.ch.+MD) или каждый третий день (группы i.ch., i.ch.+MD; grouped.+ch и isolated.+ch через день, во втором опыте). Контрольные животные (группы intaсt и control, grouped во втором опыте) потребляли только стандартный гранулированный корм для крыс. Высококалорийная пища представляла собой пасту, приготовленную путем смешивания шоколадного пасты, измельченного гранулированного корма для крыс и воды в следующем соотношении вес/вес: 52 % шоколадная паста, 33 % пищевых гранул и 15 % воды. Калорийность рациона при этом составляла 3,63 ккал/г. Стандартный гранулированный корм для крыс располагался внутри контейнера с металлической сеткой, который подвешивался на передней стенке клетки; его вынимали из клетки, чтобы измерить вес для определения потребления корма. Смесь шоколадной пасты подавали в кофейной 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 недоступна для животного, но животное видело чашку с пастой, а также ощущала запах ее содержимого. В течение этого 15-минутного периода крыса совершала повторяющиеся движения передних лап, головы и туловища, направленные на получение пасты, но она не могла до нее добраться. Это создавало легкое стрессовое состояние, которое вызывало повышение уровня кортикостерона в сыворотке крови. Через 15 мин чашку помещали в клетку крыс, чтобы паста стала для них доступна [25, 26]. 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.

Для оценки экспрессии генов Bdnf, Ntrk2, Pi3k из препарированного гипоталамуса выделяли мРНК по стандартной методике. Измельченный фрагмент гипоталамуса помещали в 1000 мкл тризола и инкубировали 5 мин при температуре 40 °C. Затем к каждой пробе добавляли по 200 мкл хлороформа, перемешивали и инкубировали 5 мин с плавным перемешиванием. Центрифугировали 10 мин при 13 000 g, отбирали верхнюю фазу. После этого к отобранной верхней фазе добавляли равный объем изопропилового спирта, перемешивали и инкубировали сутки на –20 °C. Затем центрифугировали 10 мин при 13 000 g, собирая осадок. Удаляли спирт, промывали осадок 70 % этиловым спиртом и высушивали в термостате на 40 °C. Высушенный осадок растворяли в 50 мкл dH2O с добавлением 1 % РНазин. После выделения мРНК проводили реакции обратной транскрипции. После проводили реакции ПЦР в реальном времени с праймерами к мРНК генов Bdnf, Ntrk2, Pi3k, в качестве референсных генов были взяты гены домашнего хозяйства Beta-actin и глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, Gapdh) (см. таблицу).

 

Таблица. Последовательность праймеров

Table. Primer sequence

Ген

Праймеры

прямой (5'–3')

обратный (3'–5')

Gapdh

AGACAGCCGCATCTTCTTGT

CTTGCCGTGGGTAGAGTCAT

Beta-actin

TGTCACCAACTGGGACGATA

AACACAGCCTGGATGGCTAC

Bdnf

GACGGCGTGAACAGAGATCA

TGGCCTTTTGATACCGGGAC

Pi3k(Pi3kcb)

GCGGTGGGAGTGATCTTCAA

GCGATTGTCTCAGAGGTGCT

Ntrk2

GAACCAACCACGCTCTGAGA

TGCAGGCCTATTCACACTGG

 

Статистическая обработка

Для статистической обработки полученных количественных данных применяли программное обеспечение Graph Pad Prizm v.6.0. 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, при уровне статистической значимости различий р < 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Исследование выработки пищевой зависимости

Исследование потребления шоколада в настоящих опытах было описано нами в предыдущей статье. Показано, что материнская депривация вызывала компульсивное переедание высококалорийной пищи у половозрелых крыс [4].

В первом опыте мы изучали уровень экспрессии Bdnf на фоне углеводной зависимости у стрессированных и нестрессированных крыс, уровень мРНК Bdnf — в гипоталамусе подопытных крыс. В группе стрессированых животных (группа control) уровень экспрессии гена в гипоталамусе у подопытных животных значимо не изменился по сравнению с интактными животными (группа intaсt). В группе нестрессированных животных, постоянно получавших углеводное питание (группа e.ch.), экспрессия Bdnf выросла в 150 раз по сравнению с интактными животными (группа intaсt) и контрольной группой с материнской депривацией (группа control). В группе нестрессированных животных, получавших углеводное питание через день (группа i.ch.), экспрессия Bdnf выросла в 39 раз по сравнению с интактными животными (группа control) и группой c материнской депривацией (группа control). В группе стрессированных животных, постоянно получавших углеводное питание (группа e.ch.+MD), экспрессия Bdnf значимо не изменилась по сравнению с интактными животными (группа intaсt) и группой c материнской депривацией (группа control). В группе стрессированных животных, получавших углеводное питание через день (группа i.ch.+MD), экспрессия Bdnf выросла в 230 раз по сравнению с интактными животными и группой с материнской депривацией (группа control).

Во втором опыте мы изучали экспрессию генов Ntrk2 и Pi3k на фоне углеводной зависимости у крыс-изолянтов. У неизолированных, получавших шоколад, крыс уровень экспрессии Ntrk2 повышался в 3 раза по сравнению с интактными животными. У изолянтов экспрессия Ntrk2 повышалась в 3 раза по сравнению с интактными животными. У изолянтов, получавших шоколад, экспрессия Ntrkr2 повышалась в 1,5 раза по сравнению с изолянтами, не получавшими шоколад. Уровень экспрессии Pi3k у неизолированных крыс, получавших шоколад, повышался в 5 раз по сравнению с интактными животными. У крыс-изолянтов наблюдалась тенденция к понижению уровня экспрессии Pi3k по сравнению с интактными животными. Наблюдалось повышение экспрессии Pi3k у изолянтов, получавших шоколад, по сравнению с изолянтами, не получавшими шоколад (в 1,7 раза), и по сравнению с интактными животными (в 1,8 раза). Данные представлены на рис. 1–3.

 

Рис. 1. Экспрессия Bdnf, уровень мРНК. *p < 0,01 по отношению к группе интактного контроля; **p < 0,01 по отношению к группе стрессированных крыс; #p < 0,01 по отношению к группе нестрессированных крыс, получавших шоколад через день. Данные выражены в условных единицах и нормированы к уровню экспрессии генов бета-актина (Beta-actin) и глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (Gapdh) и рассчитаны в относительных единицах по отношению к средней величине экспрессии гена Bdnf в группах. Выравнивание производилось по среднему геометрическому двух референсных генов (Beta-actin и Gapdh). Данные представлены как среднее ± стандартная ошибка среднего. intaсt — интактный контроль; control — стрессированные крысы (материнская депривация); e.ch. — нестрессированные крысы, углеводное кормление давали каждый день; e.ch.+MD — стрессированные крысы, углеводное кормление давали каждый день; i.ch. — нестрессированные крысы, углеводное кормление давали через день; i.ch+MD — стрессированные крысы, углеводное кормление давали через день

Fig. 1. Bdnf expression at the mRNA level. *p < 0.01 in relation to the control group; **p < 0.01 in relation to the stress group; #p < 0.01 in relation to the non-stress group given chocolate every other day. Data are expressed in arbitrary units and normalized to the expression level of beta-actin (Beta-actin) and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (Gapdh) genes and calculated in relative units in relation to the average value of Bdnf expression in the groups. Alignment was made using the geometric mean of two reference genes (Beta-actin and Gapdh). Data are presented as the mean ± standard error of the mean. Intact, intact control; control, stressed rats (maternal deprivation); e.ch., non-stressed rats given a carbohydrate feed every day; e.ch.+MD, stressed rats given a carbohydrate feed every day; i.ch., non-stressed rats given a carbohydrate feed every other day; i.ch.+MD, stressed rats given a carbohydrate feed every other day

 

Рис. 2. Экспрессия Ntrkr2, уровень мРНК. *p < 0,01 по отношению к группе интактного контроля; **p < 0,05 по отношению к группе изолированных крыс. Данные выражены в условных единицах и нормированы к уровню экспрессии генов бета-актина (Beta-actin) и глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (Gapdh) и рассчитаны в относительных единицах по отношению к средней величине экспрессии гена Ntrk2 в группах. Выравнивание производилось по среднему геометрическому двух референсных генов (Beta-actin и Gapdh). Данные представлены как среднее ± стандартная ошибка среднего. grouped — интактный контроль; grouped+ch. — неизолированные крысы, углеводное кормление давали через день; isolated — крысы-изолянты; isolated+ch. — крысы-изолянты, углеводное кормление давали через день

Fig. 2. Ntrkr2 expression at the mRNA level. *p < 0.01 relative to the control group; **p < 0.05 relative to the isolated group. Data are expressed in arbitrary units and normalized to the expression level of beta-actin and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (Gapdh) genes and calculated in relative units relative to the average value of Ntrk2 expression in the groups. Alignment was performed using the geometric mean of two reference genes (Beta-actin and Gapdh). Data are presented as mean ± standard error of the mean. Grouped, intact control, grouped+ch., non-isolated rats given a carbohydrate feed every other day; isolated, isolated rats; isolated+ch., isolated rats given a carbohydrate feed every other day

 

Рис. 3. Экспрессия Pi3k, уровень мРНК. *p < 0,01 по отношению к группе интактного контроля; **p < 0,05 по отношению к группе изолированных крыс. Данные выражены в условных единицах и нормированы к уровню экспрессии генов бета-актина (Beta-actin) и глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (Gapdh) и рассчитаны в относительных единицах по отношению к средней величине экспрессии гена Pi3k в группах. Выравнивание производилось по среднему геометрическому двух референсных генов (Beta-actin и Gapdh). Данные представлены как среднее ± стандартная ошибка среднего. grouped — интактный контроль; grouped+ch. — неизолированные крысы, углеводное кормление давали через день; isolated — крысы-изолянты; isolated+ch. — крысы-изолянты, углеводное кормление давали через день

Fig. 3. Pi3k expression at the mRNA level. *p < 0.01 relative to the control group; **p < 0.05 relative to the isolated group. Data are expressed in arbitrary units and normalized to the expression level of beta-actin and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (Gapdh) genes and calculated in relative units relative to the average Pi3k expression in the groups. Alignment was performed using the geometric mean of two reference genes (Beta-actin and Gapdh). Data are presented as mean ± standard error of the mean. Grouped, intact control; grouped+ch., non-isolated rats given a carbohydrate feed every other day; isolated, isolated rats; isolated+ch., isolated rats given a carbohydrate feed every other day

 

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Несмотря на последние достижения нейрохимических механизмов, регулирующих массу тела, ожирение остается серьезной проблемой здравоохранения во всем мире с многочисленными последствиями, включая метаболические и эндокринные осложнения, злокачественные заболевания и психосоциальные проблемы [23]. Глобальная «эпидемия» ожирения предполагает, что оно вызвано не только отсутствием мотивации к снижению веса, но и потерей контроля над потреблением пищи и продолжительным чрезмерным потреблением, несмотря на понимание негативных последствий, и может развиваться у большого числа людей в популяции [23]. Термин «пищевая зависимость», как было отмечено, используется для описания компульсивного пищевого поведения, связанного с потерей контроля над едой и уровнем распространенности от 19 до 56,8 % в разных популяциях [10]. Пищевое поведение может регулироваться как гомеостатическими (связанными с потребностью / запасами энергии), так и гедоническими путями (дофаминергическая система вознаграждения мозга), которые контролируют потребление энергии и массу тела [24]. Исследования механизмов, лежащих в основе пищевого поведения, могут помочь найти способ более эффективно бороться с ожирением.

В настоящей работе показано участие пептида BDNF и запускаемого им сигнального каскада Trkb/Pi3k, регулирующего аппетит, в формировании компульсивного переедания, после хронических MS, IS и социальной изоляции. Ранее нами показано, что прерывистое потребление шоколадной диеты вызывает повышение проявления компульсивного переедания у животных с материнской депривацией и вызывает у них повышение компульсивности и уровня тревожности в поведении на фоне отмены высококалорийной диеты. Об этом свидетельствуют также полученные нами данные о снижении потребления высококалорийной пищи у крыс после материнской депривации с ежедневным рационом шоколадной диеты [4]. Установлено также и вовлечение нейроэндокринных процессов, в частности тестостерона, нейромедиаторных систем, серотонина, опиоидной и дофаминовой систем в механизмах компульсивного переедания [25].

MS и IS вызывали повышение экспрессии гена Bdnf в гипоталамусе у взрослых крыс. Экспрессия Bdnf наблюдалась в группах животных с прерывистым воздействием высококалорийной пищи (получали шоколадную пасту 3 раза в неделю) и проявляющих признаки компульсивного переедания. При этом экспрессия Bdnf в группе животных после материнской депривации была выше по отношению к группе нестрессированных крыс. Нарушение нейрохимических механизмов пищевой зависимости в модели материнского пренебрежения у животных проявлялось и в повышении экспресии гена Bdnf в гипоталамусе. Экспрессия генов Ntrk2 и Pi3k повышалась также в гипоталамусе на фоне потребление шоколада. При этом экспрессия повышалась значительнее на фоне стресса, вызванного изоляцией. Таким образом, в работе показано, что различные модели стрессов в онтогенезе системно нарушают молекулярные механизмы регуляции нейрохимических процессов, запускающих компульсивное переедание. Это выражается в повышенной экспрессии генов, кодирующих рецептор Trkb и Pi3k.

Хронический стресс материнской депривации у животных является моделью материнского пренебрежения у человека. Анализ данных экспериментальной модели отнятия от матери в раннем онтогенезе доказывает существенное влияние стресса на формирование компульсивного переедания [26]. Ранние психические стрессы оказывают долгосрочное влияние на развитие, взросление и социализацию у детей и подростков, на риск развития расстройств пищевого поведения и приступообразного переедания. В подростковый период происходят гормональные перестройки, дисбаланс процессов возбуждения и торможения, когда важная роль нейрохимических внутримозговых процессов в формировании компульсивного переедания становится критической [26].

Возможности для прямого исследования нейрохимических механизмов компульсивного переедания дает экспериментальное моделирование ряда его клинических проявлений. В эксперименте показано вовлечение ряда нейроэндокринных процессов, а также медиаторных систем головного мозга, в частности серотонина и тестостерона, в формирование переедания [3]. Показано, что опиоидная и дофаминовая системы участвуют в формировании положительных эмоций при компульсивном переедании [25, 27]. В экспериментальной модели компульсивного переедания участвует опиоидная система мозга [28, 29]. Как было показано в настоящей работе, в формирование компульсивного переедания вовлекается BDNF. Он участвует в процессах роста и дифференциации нейронов, механизмах пластичности, нейропротекции и может играть важную роль в формировании компульсивного переедания, действуя на системы контроля потребления пищи в гипоталамусе, конечном мозге и на моноаминергические системы подкрепления.

Ранее нами показано нарушение нейрохимических механизмов пищевой зависимости в модели материнского пренебрежения у животных, что проявлялось в повышении компульсивного переедания [30, 31], увеличении компульсивности, тревожности в поведении [32, 33]. Отнятие от матери вызывало компульсивное переедание у взрослых крыс при участии пептидов, регулирующих аппетит, BDNF и предполагает новые пути синтеза фармакологических средств пептидной природы для коррекции пищевой зависимости, вызванной психогенными стрессами в раннем онтогенезе. Изоляция взрослых крыс также вызывала нарушение экспрессии Bdnf, Ntrk2 и Pi3k. Выявление связи этого сигнального каскада с пищевой зависимостью предполагает новые пути синтеза фармакологических средств пептидной природы, связанных с сигнальным каскадом PI3K/AKT/mTOR, для коррекции пищевой зависимости, вызванной психогенными стрессами.

ВЫВОДЫ

  1. Прерывистое потребление высококалорийной пищи при выработке компульсивного переедания сопровождается экспрессией генов Bdnf, Ntrk2 и Pi3k в гипоталамусе независимо от условий выращивания животного.
  2. Экспрессия гена Bdnf при выработке компульсивного переедания выше в группе крыс после материнской депривации по сравнению с животными без депривации.
  3. Экспрессия генов Ntrk2 и Pi3k на фоне прерывистого потребления высококалорийной пищи при выработке компульсивного переедания выше у крыс, выращенных в изоляции, по сравнению с животными, выращенными в сообществе.
  4. Полученные данные предполагают новые пути синтеза фармакологических средств пептидной природы, связанных с сигнальным каскадом PI3K/AKT/mTOR, для коррекции пищевой зависимости, вызванной психогенными стрессами в 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.В. Лизунов, Н.Д. Надбитова, В.А. Гольц, С.С. Пюрвеев, Э.А. Сексте, В.А. Лебедев, Н.Р. Евдокимова, Е.Р. Бычков — анализ данных, написание статьи; А.А. Лебедев, П.Д. Шабанов — разработка общей концепции.

Источник финансирования. 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.

Этический комитет. Эксперименты проведены с соблюдением принципов гуманности (Директивы Европейского Сообщества № 86/609 ЕС) и одобрены локальным этическим комитетом ФГБНУ «Институт экспериментальной медицины» (протокол № 2/23 от 15.06.2023).

ADDITIONAL INFORMATION

Authors’ contributions. All authors made a significant contribution to the development of the concept, conduct of the study, and preparation of the article, read and approved the final version before publication. Personal contribution of each author: A.V. Lizunov, N.D. Nadbitova, V.A. Golts, S.S. Pyurveev, E.A. Sexte, E.R. Bychkov, V.A. Lebedev, N.R. Evdokimova — data analysis, writing the article; A.A. Lebedev, P.D. Shabanov — development of the general concept.

Ethics approval. The experiments were carried out in compliance with the principles of humanity (Directive of the European Community No. 86/609 EC) and approved by the Ethics Committee of the Institute of Experimental Medicine (protocol No. 2/23 dated 15.06.2023).

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

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

×

Об авторах

Алексей Владимирович Лизунов

Институт экспериментальной медицины

Автор, ответственный за переписку.
Email: izya12005@yandex.ru
SPIN-код: 8912-3238

канд. биол. наук

Россия, Санкт-Петербург

Андрей Андреевич Лебедев

Институт экспериментальной медицины

Email: aalebedev-iem@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-0297-0425
SPIN-код: 4998-5204

д-р биол. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Сарнг Саналович Пюрвеев

Институт экспериментальной медицины

Email: dr.purveev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4467-2269
SPIN-код: 5915-9767
Россия, Санкт-Петербург

Наталия Дмитриевна Надбитова

Институт экспериментальной медицины

Email: natali_805@mail.ru
SPIN-код: 4153-1270

канд. мед. наук

Россия, Санкт-Петербург

Владанка Александровна Гольц

Институт экспериментальной медицины

Email: digitalisobscura@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Эдгар Артурович Сексте

Институт экспериментальной медицины

Email: sekste_edgar@mail.ru
SPIN-код: 3761-0525

канд. биол. наук

Россия, Санкт-Петербург

Евгений Рудольфович Бычков

Институт экспериментальной медицины

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

д-р мед. наук

Россия, Санкт-Петербург

Виктор Андреевич Лебедев

Институт экспериментальной медицины

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

канд. биол. наук

Россия, Санкт-Петербург

Наталья Рэмовна Евдокимова

Институт экспериментальной медицины

Email: evdokimova.nr@mail.ru

канд. биол. наук

Россия, Санкт-Петербург

Петр Дмитриевич Шабанов

Институт экспериментальной медицины

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

д-р мед. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Nathan P.J., Bullmore E.T. From taste hedonics to motivational drive: central µ-opioid receptors and binge-eating behavior // Int J Neuropsychopharmacol. 2009. Vol. 12, N 7. P. 995–1008. doi: 10.1017/S146114570900039X
  2. American Psychiatric Association. Diagnostic and statistical manual of mental disorders. 5th edit. Arlington, VA: American Psychiatric Publishing, 2013. doi: 10.1176/appi.books.9780890425596
  3. Boggiano M.M., Artiga A.I., Pritchett C.E., et al. High intake of palatable food predicts binge-eating independent of susceptibility to obesity: an animal model of lean vs obese binge-eating and obesity with and without binge-eating // Int J Obes. 2007. Vol. 31, N 9. P. 1357–1367. doi: 10.1038/sj.ijo.0803614
  4. Лебедев А.А., Пюрвеев С.С., Надбитова Н.Д., и др. Снижение компульсивного переедания у крыс, вызванного материнской депривацией в раннем отногенезе, с применением нового антагониста рецепторов грелина агрелакс // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2023. Т. 21, № 3. С. 255–262. EDN: SLBOTQ doi: 10.17816/RCF562841
  5. Deussing J.M., Chen A. The corticotropin-releasing factor family: physiology of the stress response // Physiol Rev. 2018. Vol. 98, N 4. P. 2225–2286. doi: 10.1152/physrev.00042.2017
  6. Lebedev A.A., Karpova I.V., Bychkov E.R., et al. The ghrelin antagonist [D-Lys3]-GHRP-6 decreases signs of risk behavior in a model of gambling addiction in rats by altering dopamine and serotonin metabolism // Neurosci Behav Physiol. 2022. Vol. 52, N 3. P. 415–421. doi: 10.19163/MedChemRussia2021-2021-259
  7. Pyurveev S.S., Lebedev A.A., Bychkov E.R., Shabanov P.D. Intranasal administration of ghrelin receptor antagonist [D-Lys-3]-GHRP-6 reduces the manifestations of impulsivity and compulsivity induced by maternal deprivation in rats // Research Results in Pharmacology. 2024. Vol. 10, N 2. P. 97–105. doi: 10.18413/rrpharmacology.10.448
  8. Potenza M.N., Koran L.M., Pallanti S. The relationship between impulse-control disorders and obsessive-compulsive disorder: A current understanding and future research directions // Psychiatry Res. 2009. Vol. 170, N 1. P. 22–31. doi: 10.1016/j.psychres.2008.06.036
  9. Patterson Z.R., Ducharme R., Anisman H., Abizaid A. Altered metabolic and neurochemical responses to chronic unpredictable stressors in ghrelin receptor-deficient mice // Eur J Neurosci. 2010. Vol. 32, N 4. P. 632–639. doi: 10.1111/j.1460-9568.2010.07310.x
  10. Aliasghari F., Yaghin N.L., Mahdavi R. Relationship between hedonic hunger and serum levels of insulin, leptin and BDNF in the Iranian population // Physiol Behav. 2019. Vol. 199. P. 84–87. doi: 10.1016/j.physbeh.2018.11.013
  11. Bechara R.G., Kelly A.M. Exercise improves object recognition memory and induces BDNF expression and cell proliferation in cognitively enriched rats // Behav Brain Res. 2013. Vol. 245. P. 96–100. doi: 10.1016/j.bbr.2013.02.018
  12. Ameroso D., Meng A., Chen S., et al. Astrocytic BDNF signaling within the ventromedial hypothalamus regulates energy homeostasis // Nat Metab. 2022. Vol. 4, N 5. P. 627–643. doi: 10.1038/s42255-022-00566-0
  13. Rivera C., Li H., Thomas-Crusells J., et al. BDNF-induced TrkB activation down-regulates the K+–Cl– cotransporter KCC2 and impairs neuronal Cl– extrusion // J Cell Biol. 2002. Vol. 159, N 5. P. 747–752. doi: 10.1083/jcb.200209011
  14. Nakagawara A., Liu X.-G., Ikegaki N., et al. Cloning and chromosomal localization of the human TRK-B tyrosine kinase receptor gene (NTRK2) // Genomics. 1995. Vol. 25, N 2. P. 538–546. doi: 10.1016/0888-7543(95)80055-Q
  15. Ooi C.L., Kennedy J.L., Levitan R.D. A putative model of overeating and obesity based on brain-derived neurotrophic factor: Direct and indirect effects // Behav Neurosci. 2012. Vol. 126, N 4. P. 505–514. doi: 10.1037/a0028600
  16. Grilo C.M., White M.A., Barnes R.D., Masheb R.M. Posttraumatic stress disorder in women with binge eating disorder in primary care // J Psychiatr Pract. 2012. Vol. 18, N 6. P. 408–412. doi: 10.1097/01.pra.0000422738.49377.5e
  17. Gnanapavan S., Kola B., Bustin S.A., et al. The tissue distribution of the mRNA of ghrelin and subtypes of its receptor, GHS-R, in humans // J Clin Endocrinol Metab. 2002. Vol. 87, N 6. P. 2988–2991. doi: 10.1210/jcem.87.6.8739
  18. Kharbanda K.K., Farokhnia M., Deschaine S.L., et al. Role of the ghrelin system in alcohol use disorder and alcohol-associated liver disease: A narrative review // Alcoholism: Clin Exp Res. 2022. Vol. 46, N 12. P. 2149–2159. doi: 10.1111/acer.14967
  19. Tapia-Arancibia L., Rage F., Givalois L., Arancibia S. Physiology of BDNF: focus on hypothalamic function // Front Neuroendocrinol. 2004. Vol. 25, N 2. P. 77–107. doi: 10.1016/j.yfrne.2004.04.001
  20. Chawla A., Cordner Z.A., Boersma G., Moran T.H. Cognitive impairment and gene expression alterations in a rodent model of binge eating disorder // Physiol Behav. 2017. Vol. 180. P. 78–90. doi: 10.1016/j.physbeh.2017.08.004
  21. McCubrey J.A., Steelman L.S., Chappell W.H., et al. Mutations and deregulation of Ras/Raf/MEK/ERK and PI3K/PTEN/Akt/mTOR cascades which alter therapy response // Oncotarget. 2012. Vol. 3, N 9. P. 954–987. doi: 10.18632/oncotarget.652
  22. Балакина М.Е., Дегтярева Е.В., Некрасов М.С., и др. Воздействие раннего постнатального стресса на психоэмоциональное состояние и развитие склонности к чрезмерному употреблению высокоуглеводной пищи у крыс // Российские биомедицинские исследования. 2021. Т. 6, № 2. С. 27–37. EDN: ABECPH
  23. Bąk-Sosnowska M. Differential criteria for binge eating disorder and food addiction in the context of causes and treatment of obesity // Psychiatria Polska. 2017. Vol. 51, N 2. P. 247–259. doi: 10.12740/PP/OnlineFirst/62824
  24. Rossi M.A., Stuber G.D. Overlapping brain circuits for homeostatic and hedonic feeding // Cell Metab. 2018. Vol. 27, N 1. P. 42–56. doi: 10.1016/j.cmet.2017.09.021
  25. Cottone P., Wang X., Park J.W., et al. Antagonism of sigma-1 receptors blocks compulsive-like eating // Neuropsychopharmacology. 2012. Vol. 37, N 12. P. 2593–2604. doi: 10.1038/npp.2012.89
  26. Piccoli L., Micioni Di Bonaventura M.V., Cifani C., et al. Role of orexin-1 receptor mechanisms on compulsive food consumption in a model of binge eating in female rats // Neuropsychopharmacology. 2012. Vol. 37, N 9. P. 1999–2011. doi: 10.1038/npp.2012.48
  27. Сексте Э.А., Лебедев А.А., Бычков Е.Р., и др. Повышение уровня мРНК рецептора орексина первого типа (OX1R) в структурах головного мозга у крыс, склонных к импульсивности в поведении // Биомедицинская химия. 2021. Т. 67, № 5. С. 411–417. EDN: ZVENEQ doi: 10.18097/PBMC20216705411
  28. Ветлугин Э.А., Бычков Е.Р., Абросимов М.Е., и др. Анксиолитическое и антидепрессивное действие SNAP 94847, антагониста рецептора 1-го типа меланин-концентрирующего гормона // Педиатр. 2022. Т. 13, № 1. C. 25–34. EDN: ZETGTI doi: 10.17816/PED13125-34
  29. Alvarez-Crespo M., Skibicka K.P., Farkas I., et al. The amygdala as a neurobiological target for ghrelin in rats: neuroanatomical, electrophysiological and behavioral evidence // PloS one. 2012. Vol. 7, N 10. ID e46321. doi: 10.1371/journal.pone.0046321
  30. Шабанов П.Д., Якушина Н.Д., Лебедев А.А. Фармакология пептидных механизмов игрового поведения у крыс // Вопросы наркологии. 2020. № 4. С. 24–44. EDN: JBUQJN doi: 10.47877/0234-0623_2020_4_24
  31. Moghaddam S.A.P., Amiri P., Saidpour A., et al. The prevalence of food addiction and its associations with plasma oxytocin level and anthropometric and dietary measurements in Iranian women with obesity // Peptides. 2019. Vol. 122. ID 170151. doi: 10.1016/j.peptides.2019.170151
  32. Roik R.O., Lebedev A.A., Shabanov P.D. The value of extended amygdala structures in emotive effects of narcogenic with diverse chemical structure // Research Results in Pharmacology. 2019. Vol. 5, N 3. P. 11–19. EDN: BUBAZX doi: 10.3897/rrpharmacology.5.38389
  33. Cabral A., Suescun O., Zigman J.M., Perello M. Ghrelin indirectly activates hypophysiotropic CRF neurons in rodents // PloS one. 2012. Vol. 7, N 2. ID e31462. doi: 10.1371/journal.pone.0031462

© Эко-Вектор, 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 65565 от 04.05.2016 г.