Correction of pain-related and affective behavior by combination of fluoxetine and buspirone in prenatally stressed rats

Cover Page

Abstract


The inhibitor of serotonin (5-HT) reuptake fluoxetine does not cause any improvement in every patient suffering from depression; moreover, fluoxetine during pregnancy disrupts the normal development of the fetus. Clinical observations in adult patients suggest that treatment of depression with a combination of fluoxetine and 5-HT1A receptor agonists has a higher therapeutic effect than the effect of a single fluoxetine. In the present study, the effect of chronic management of the combination of fluoxetine and a 5-HT1A receptor agonist anxiolytic buspirone was examined in order to correct the adverse effects of prenatal stress on pain and affective behavior in the female offspring during the prepubertal period of development. It was found that the immobilization stress of rat dams in the last third of pregnancy (the stress of rat dams during pregnancy is used as a model of human depression) caused in the offspring the increased functional activity of the pain system, an increase in the level of depressive-like behavior. Chronic administration to pregnant dams of fluoxetine, buspirone, or their combination has improved the characteristics under study in the female offspring. The results indicate that the chronic administration of a combination of fluoxetine and buspirone during the gestation of rat dams neutralized the negative effect of prenatal stress in female offspring. More effective action of the combination of the drugs compared with the action of fluoxetine was revealed in the pain sensitivity to thermal stimulus and in the first acute phase of pain behavior in the formalin test. Undesirable deviations in the investigated types of behavior in female rats subjected to pharmacological effects of each of the drugs during the prenatal period were not revealed.


Full Text

Вступление

Клинические данные, полученные на взрослых пациентах, свидетельствуют о том, что лечение депрессий комбинацией ингибитора обратного захвата серотонина (5-HT) флуоксетина и агонистов серотонинергических рецепторов типа 1А (5-HT1A-рецептор) имеет более высокий терапевтический эффект по сравнению с эффектом одного флуоксетина [13]. Действительно, флуоксетин не у каждого пациента, страдающего депрессией, вызывает улучшение состояния, более того, флуоксетин в период беременности нарушает нормальное развитие плода. Сообщается о деструктивном влиянии флуоксетина на развитие структур и функций мозга, что в дальнейшем онтогенезе проявляется в виде нервно-психических и соматических заболеваний [2, 7].

В лабораторных условиях стрессирование самок крыс в период беременности (пренатальный стресс) используют в качестве модели депрессии у человека. Пренатальный стресс снижает уровень серотонина (5-HT), изменяет активность и плотность 5-HT1A-рецепторов, нарушает механизм обратной связи в гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системе (ГГНС), что приводит в дальнейшем к отклонениям разных типов адаптивного поведения [14]. Мишенью пренатального стресса является гиппокамп, его глюкокортикоидные и 5-HT1A-рецепторы [12, 14].

Флуоксетин и буспирон оказывают свое действие через 5-HT1A-рецепторы и ГГНС [1, 10]. Широко распространенный в мозге млекопитающих 5-HT1A-рецептор, через который 5-HT осуществляет ключевую регуляторную функцию в процессах раннего развития, вовлечен в тревожно-депрессивное поведение и служит мишенью для транквилизаторов и антидепрессантов [11, 16], вовлечен в ноцицепцию [5], в ответы на стресс [8] и является главным рецептором в ауторегуляции 5-HT-ергической системы мозга [1]. Тесные взаимоотношения между серотонинергической системой и стрессорной ГГНС в процессах раннего развития представляют собой важный фактор, определяющий влияние пренатального стресса и действие антидепрессантов. Актуальным в настоящее время является вопрос о различиях во влиянии антидепрессантов во время беременности на развитие разнополого потомства [7]. Принимая во внимание вышеизложенное, мы впервые предприняли попытку использовать на стрессированных в период беременности крысах комбинацию антидепрессанта флуоксетина и агониста 5-HT1А анксиолитика буспирона с целью исследовать влияние такой комбинации на адаптивное поведение женского потомства. Целью работы было систематическое исследование влияний повторного введения комбинации флуоксетина и буспирона крысам в период беременности на болевую чувствительность и воспалительный болевой ответ, уровень тревожности, депрессивноподобное поведение у женского потомства.

Материал и методы исследования

Беременные самки крыс со второй недели беременности подвергались ежедневному фармакологическому воздействию, а в последнюю неделю беременности — иммобилизационному стрессу дважды в сутки в течение часа. Беременные самки, получавшие внутрибрюшинное введение препаратов и испытавшие стресс, были подразделены на группы: 1) физиологический раствор 1 мл; 2) флуоксетин (Sigma, 10 мг/кг); 3) буспирон (Sigma, 3,5 мг/кг); 4) комбинация флуоксетина и буспирона и 5) не подвергнутые каким-либо воздействиям. Все животные содержались в виварии лаборатории в стандартных условиях. На следующие сутки после рождения потомства в каждом помете оставляли не более 8 крысят. В работе были использованы только самки. В каждой группе животных исследовали не менее 10–12 животных. Начиная с 25-дневного возраста у самок изучали поведение в батарее тестов. В тесте горячей пластины (55 °C) регистрировали латентный период реакции отряхивания задней конечности (с) в ответ на термический раздражитель. В формалиновом тесте в течение 60 минут регистрировали в первую острую и вторую тоническую фазы ответа продолжительность реакции вылизывания инъецированной формалином конечности (1,0 мкл 2,5 % раствора формалина в подошву левой задней конечности), показатель, характеризующий интенсивность воспалительного болевого ответа. В приподнятом крестообразном лабиринте регистрировали в течение пяти минут время пребывания в открытых рукавах, число реакций свешивания с открытых рукавов. В тесте принудительного плавания в течение пяти минут регистрировали время пребывания крысы в неподвижном состоянии (время иммобильности — показатель депрессивноподобного поведения). Статистический анализ проводили с использованием непараметрического критерия Манна – Уитни и критерия Стьюдента и дисперсионного анализа с применением пакета программ SPSS Inc. Данные представлены в виде среднего ± стандартная ошибка. Принятый уровень значимости составлял 5 %. Работа проведена на крысах линии Вистар из ЦКП Биоколлекция ИФ РАН, поддержанной Программой ФАНО России по сохранению и развитию биоресурсных коллекций. Протоколы опытов утверждены комиссией по гуманному обращению с животными Института физиологии им. И.П. Павлова РАН.

Результаты исследования и их обсуждение

Пренатальный стресс уменьшил латентный период в тесте горячей пластины по сравнению с подобным показателем у пренатально не стрессированных крыс (p = 0,046). Пренатальное введение флуоксетина (p = 0,01), буспирона (р = 0,02) и их комбинации (р < 0,001) увеличило латентный период по сравнению с этим показателем у пренатально стрессированных с физиологическим раствором. Комбинация препаратов вызвала достоверно более высокий латентный период по сравнению с флуоксетином (р = 0,0012) (рис. 1).

 

Рис. 1. Влияние инъекций флуоксетина, буспирона и комбинации этих препаратов самкам крыс во время беременности на латентный период в тесте горячей пластины у женского потомства в препубертатный период развития: *p < 0,05 — между пренатально стрессированными с введением физиологического раствора и пренатально не стрессированными; +p < 0,05, ++p < 0,01 — между пренатально стрессированными с введением препаратов и пренатально стрессированными с введением физиологического раствора; ##p < 0,01 — между флуоксетин + пренатальный стресс и комбинацией флуоксетина и буспирона + пренатальный стресс

 

В формалиновом тесте пренатальный стресс увеличил продолжительность реакции вылизывания в первую острую (p < 0,001) и вторую тоническую (p = 0,0046) фазы болевого ответа по сравнению со сравниваемыми показателями у пренатально не стрессированных крыс.

Пренатальное введение буспирона и комбинации препаратов уменьшило продолжительность вылизывания в первую и во вторую фазы ответа (p < 0,001 во всех случаях). Флуоксетин уменьшил этот показатель только во вторую фазу (p = 0,0036), не изменив его в первую, поэтому в острой фазе показатель воспалительной болевой реакции у крыс с пренатальным флуоксетином был достоверно выше, чем у крыс с пренатальным буспироном (p = 0,029) и комбинацией препаратов (p = 0,0056) (рис. 2).

 

Рис. 2. Влияние инъекций флуоксетина, буспирона и комбинации этих препаратов самкам крыс во время беременности на продолжительность вылизывания в первую острую (Ф1) и вторую тоническую (Ф2) фазы формалинового теста у женского потомства в препубертатный период развития: **p < 0,01 — между пренатально стрессированными с введением физиологического раствора и пренатально не стрессированными; ++p < 0,01 — между пренатально стрессированными с введением препаратов и пренатально стрессированными с введением физиологического раствора; ##p < 0,01 — между флуоксетин + пренатальный стресс и комбинацией флуоксетина и буспирона + пренатальный стресс и между буспирон + пренатальный стресс

 

Пренатальный стресс достоверно не изменил время пребывания в открытых рукавах и число свешиваний с открытых рукавов — показатели уровня тревожности в тесте приподнятого крестообразного лабиринта — по сравнению с этими показателями у пренатально не стрессированных крыс. Во влиянии каждого из препаратов не было обнаружено достоверных различий со сравниваемыми показателями у пренатально стрессированных с пренатальным введением физиологического раствора (табл. 1). В тесте принудительного плавания пренатальный стресс достоверно увеличил время иммобильности по сравнению с этим показателем у пренатально не стрессированных крыс (p = 0,008). Пренатальное введение флуоксетина, буспирона и их комбинации уменьшило этот показатель (p = 0,002, p = 0,02, p = 0,006 соответственно) по сравнению с контрольным значением, приведя уровень выраженности депрессивноподобного поведения к норме (рис. 3).

 

Таблица 1 (Table 1). Влияние инъекций флуоксетина, буспирона и комбинации этих препаратов самкам крыс во время беременности на показатели уровня тревожности в тесте приподнятого крестообразного лабиринта у женского потомства в препубертатный период развития

Effect of fluoxetine, buspirone and a combination of these preparations to rat dams during pregnancy on anxiety level indicators in the test of the elevated plus maze in female offspring during the prepubertal period of development

Показатели уровня тревожности /
Anxiety level indicators

Пренатально не стрессированные /

Prenatally not stressed

Пренатально стрессированные /

Prenatally stressed

Физиологический раствор /Saline

Флуоксетин /

Fluoxetine

Буспирон / Buspirone

Флуоксетин +
+ буспирон /
Fluoxetine + buspirone

Время пребывания в открытых рукавах (с) /

Time in open arms (s)

28,8 ± 7,6

15,5 ± 3,5

23,8 ± 5,1

27,2 ± 2,7

24,8 ± 4,6

Число свешиваний /
Number of hangings

6,2 ± 0,7

3,9 ± 0,9

4,9 ± 1,9

5,9 ± 0,8

5,8 ± 0,6

 

Рис. 3. Влияние инъекций флуоксетина, буспирона и комбинации этих препаратов самкам крыс во время беременности на время иммобильности в тесте принудительного плавания у женского потомства в препубертатный период развития: **p < 0,01 — между пренатально стрессированными с введением физиологического раствора и пренатально не стрессированными; +p < 0,05, ++p < 0,01 — между пренатально стрессированными с введением препаратов и пренатально стрессированными с введением физиологического раствора

 

Представленные новые данные свидетельствуют о том, что хроническое введение комбинации флуоксетина и буспирона беременным стрессированным самкам крыс улучшало показатели болевой чувствительности, воспалительного болевого ответа, уровня выраженности депрессивноподобного поведения у потомства женского пола. Более эффективное действие комбинации препаратов по сравнению с действием флуоксетина было установлено в первой острой фазе формалинового теста. Обнаружено, что хроническое введение флуок сетина, буспирона, как и их комбинации, самкам крыс во время беременности не вызвало негативных отклонений в характеристиках исследованных типов поведения у потомства.

Данные об усилении воспалительного пролонгированного болевого ответа в формалиновом тесте у пренатально стрессированных крыс и о протективном пренатальном действии буспирона подтверждают наши ранее опубликованные данные, полученные на пренатально стрессированных крысах других возрастных периодов развития (ювенильный и взрослый) [3, 4]. Интересно обратить внимание на тот факт, что только флуоксетин по-разному показал себя в первой острой и второй тонической фазах ответа на воспалительный агент: не снизил продолжительность вылизывания, увеличенную пренатальным стрессом, в первой фазе формалинового теста, являющейся ответом на инъекцию, тогда как во второй, тонической фазе, являющейся ответом на развивающийся процесс воспаления в инъецированной лапе, достоверно снизил этот болевой показатель, доведя его до уровня, характерного для уровня пренатально не стрессированных особей. Буспирон, как и комбинация флуоксетина и буспирона, нивелировал последствия пренатального стресса и в первой, и во второй фазах формалинового теста, нормализовав эти показатели. В клинических исследованиях по влиянию флуоксетина на острую и постоперационную боль однозначный ответ не получен [15]. Вопрос о возможном антиноцицептивном влиянии антидепрессантов интенсивно обсуждается. Пренатальный стресс, как и используемые нами препараты, может изменить активность нисходящей из ядер шва моноаминергической системы, регулирующей болевые сигналы на уровне спинного мозга [17]. Морфофункциональные связи ядер шва, гиппокампа, гипоталамуса и фронтальной коры обусловливают вовлечение нисходящей моноаминергической системы в тревожно-депрессивное поведение [9]. Пренатальный стресс нарушает регуляцию обратной связи в ГГНС и функцию 5-HT1A-рецепторов. По данным литературы, хронические антидепрессанты стимулируют экспрессию кортикостероидных рецепторов и усиливают механизм обратной связи. Полагают, что одним из механизмов реализации антидепрессивного действия флуоксетина и буспирона является десенситизация 5-HT1А пресинаптических ауторецепторов и усиление активности постсинаптических 5-HT1А-рецепторов в результате повышения общего содержания серотонина в синапсах мозга [6].

Таким образом, полученные результаты указывают на то, что хроническое введение комбинации флуоксетина и буспирона стрессированным в период беременности самкам крыс нивелировало негативное влияние пренатального стресса у женского потомства. Более эффективное действие комбинации препаратов по сравнению с действием флуоксетина было выявлено в болевой чувствительности в тесте горячей пластины и в первой острой фазе болевого поведения в формалиновом тесте.

Исследование проведено при финансовой поддержке РФФИ в рамках проекта № 17-04-00214a.

About the authors

Irina P. Butkevich

I.P. Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: irinabutkevich@yandex.ru

Russian Federation, Saint Petersburg

Dr. Sci., Project Leader, Lab. of Ontogeny of Nervous System

Viktor A. Mikhaylenko

I.P. Pavlov Institute of Physiology, Russian Academy of Sciences

Email: viktormikhailenko@yandex.ru

Russian Federation, Saint Petersburg

PhD, Senior Researcher. Lab. of Ontogeny of Nervous System

Tatyana N. Shimarayeva

St. Petersburg State Pediatric Medical University

Email: 3706381@mail.ru

Russian Federation, Saint Petersburg

PhD, Associate Professor, Department of Normal Physiology

Andrei V. Kochubeev

St. Petersburg State Pediatric Medical University

Email: AndreyKo4@mail.ru

Russian Federation, Saint Petersburg

PhD, Associate Professor, Department of Normal Physiology

References

  1. Albert PR, Francois BL. Modifying 5-HT1A Receptor Gene Expression as a New Target for Antidepressant Therapy. Front Neurosci. 2010;4:35. doi: 10.3389/fnins.2010.00035.
  2. Brummelte S, Mc Glanaghy E, Bonnin A, Oberlander TF. Developmental changes in serotonin signaling: Implications for early brain function, behavior and adaptation. Neuroscience. 2017;342:212-231. doi: 10.1016/j.neuroscience.2016.02.037.
  3. Butkevich IP, Mikhailenko VA, Vershinina EA, et al. Buspirone before prenatal stress protects against adverse effects of stress on emotional and inflammatory pain-related behaviors in infant rats: age and sex differences. Brain Res. 2011;1419:76-84. doi: 10.1016/j.brainres.2011.08.068.
  4. Butkevich I, Mikhailenko V, Vershinina E, et al. Maternal buspirone protects against the adverse effects of in utero stress on emotional and pain-related behaviors in offspring. Physiol Behav. 2011;102(2): 137-142. doi: 10.1016/j.physbeh.2010.10.023.
  5. Colpaert FC. 5-HT(1A) receptor activation: new molecular and neuroadaptive mechanisms of pain relief. Curr Opin Investig Drugs. 2006;7(1):40-47.
  6. Eyre H, Siddarth P, Cyr N, et al. Comparing the Immune-Genomic Effects of Vilazodone and Paroxetine in Late-Life Depression: A Pilot Study. Pharmacopsychiatry. 2017;50(6):256-263. doi: 10.1055/s-0043-107033.
  7. Glover ME, Clinton SM. Of rodents and humans: A comparative review of the neurobehavioral effects of early life SSRI exposure in preclinical and clinical research. Int J Dev Neurosci. 2016;51:50-72. doi: 10.1016/j.ijdevneu.2016.04.008.
  8. Mahar I, Bambico FR, Mechawar N, Nobrega JN. Stress, serotonin, and hippocampal neurogenesis in relation to depression and antidepressant effects. Neurosci Biobehav Rev. 2014;38:173-192. doi: 10.1016/j.neubiorev.2013.11.009.
  9. Muzerelle A, Scotto-Lomassese S, Bernard JF, et al. Conditional anterograde tracing reveals distinct targeting of individual serotonin cell groups (B5-B9) to the forebrain and brainstem. Brain Struct Funct. 2016;221(1): 535-561. doi: 10.1007/s00429-014-0924-4.
  10. Pawluski JL, Rayen I, Niessen NA, et al. Developmental fluoxetine exposure differentially alters central and peripheral measures of the HPA system in adolescent male and female offspring. Neuroscience. 2012;220:131-141. doi: 10.1016/j.neuroscience.2012.06.034.
  11. Richardson-Jones JW, Craige CP, Guiard BP, et al. 5-HT1A autoreceptor levels determine vulnerability to stress and response to antidepressants. Neuron. 2010;65(1):40-52. doi: 10.1016/j.neuron.2009.12.003.
  12. Van den Hove DL, Lauder JM, Scheepens A, et al. Prenatal stress in the rat alters 5-HT1A receptor binding in the ventral hippocampus. Brain Res. 2006;1090(1): 29-34. doi: 10.1016/j.brainres.2006.03.057.
  13. Wang SM, Han C, Lee SJ, et al. Vilazodone for the Treatment of Depression: An Update. Chonnam Med J. 2016;52(2):91-100. doi: 10.4068/cmj.2016.52.2.91.
  14. Weinstock M. Prenatal stressors in rodents: Effects on behavior. Neurobiol Stress. 2017;6:3-13. doi: 10.1016/j.ynstr.2016.08.004.
  15. Wong K, Phelan R, Kalso E, et al. Antidepressant drugs for prevention of acute and chronic postsurgical pain: early evidence and recommended future directions. Anesthesiology. 2014;121(3):591-608. doi: 10.1097/ALN.0000000000000307.
  16. Yohn CN, Gergues MM, Samuels BA. The role of 5-HT receptors in depression. Mol Brain. 2017;10(1):28. doi: 10.1186/s13041-017-0306-y.
  17. Zhuo M. Descending facilitation. Mol Pain. 2017;13:1744806917699212. doi: 10.1177/ 1744806917699212.

Supplementary files

Supplementary Files Action
1.
Fig. 1. Effect of injections of fluoxetine, buspirone and a combination of these preparations to rat dams during pregnancy on the latent period in the hot plate test in female offspring during prepubertal period of development: *p < 0.05 – prenatally stressed with saline vs prenatally not stressed, +p < 0.05, ++p < 0.01 – prenatally stressed with the preparations vs prenatally stressed with saline, ##p < 0.01 – fluoxetine + prenatal stress vs combination of fluoxetine and buspirone + prenatal stress

Download (121KB) Indexing metadata
2.
Fig. 2. Effect of of injections of fluoxetine, buspirone and a combination of these preparations to rat dams during pregnancy on the duration of licking behavior in the first acute (Ph1) and second tonic (Ph2) phases of the formalin test in the female offspring during prepubertal period of development: **p < 0.01 – prenatally stressed with saline vs prenatally not stressed, ++p < 0.01 – prenatally stressed with the preparations vs prenatally stressed with saline,. ##p < 0.01 – fluoxetine + prenatal stress vs combination of fluoxetine and buspirone + prenatal stress and vs buspirone + prenatal stress

Download (175KB) Indexing metadata
3.
Fig. 3. Effect of injections of fluoxetine, buspirone and a combination of these preparations to rat dams during pregnancy on the immobility time in the forced swim test in the female offspring during prepubertal period of development: **p < 0.01 – prenatally stressed with saline vs prenatally not stressed, +p < 0.05, ++p < 0.01 – prenatally stressed with the preparations vs prenatally stressed with saline

Download (113KB) Indexing metadata

Statistics

Views

Abstract - 306

PDF (Russian) - 160

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions


Copyright (c) 2018 Butkevich I.P., Mikhaylenko V.A., Shimarayeva T.N., Kochubeev A.V.

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