Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова, 2021, T. 71, № 6, стр. 760-784

СОЦИАЛЬНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ КАК МОДЕЛЬ ПСИХОЭМОЦИОНАЛЬНОГО СТРЕССА

Существуют различные модели психоэмоционального стресса, приводящие к тревожно-депрессивным расстройствам, фобиям и другим серьезным негативным последствиям (см. подробно обзор Григорьян, Гуляева, 2015). Модель СИ занимает среди них особое место, поскольку она связана не с нанесением индивидууму прямых физических или психических травм, а с влияниями на другой не менее важный аспект жизни – социальное общение и взаимодействие. Поскольку человек и большинство животных живут и развиваются в социальной среде, то их онтогенез (развитие и формирование органов, тканей, поведения и т.д.) находится под прямым влиянием этой среды. Некоторые животные, правда, живут в одиночестве, вступая в общение с особью другого пола только в период спаривания. Отсутствие социального общения на разных этапах жизни ведет к нарушению нормального онтогенеза, что приводит к абнормальному поведению – агрессивности, тревожно-депрессивным расстройствам, фобиям и пр. Период жизни, во время которого осуществляется СИ, очень важен, поскольку под влиянием СИ модифицируются или полностью изменяются характерные для каждой стадии развития формы общения и взаимодействия между субъектами (Shao et al., 2013). Например, СИ в раннем возрасте вызывает ослабление игрового поведения в подростковом периоде; под ее влиянием утрачиваются или ослабляются игровые компоненты в форме “кувырков”, драчливых “приколов”, “бойцовских” схваток и т.д. Поскольку социальные взаимодействия подростковых крыс и взрослых животных существенно различаются между собой поведенчески, то эти различия находят отражение в разных влияниях СИ (Walker et al., 2019; Hall et al., 1998). Однако прежде чем перейти к анализу влияний СИ на поведение, рассмотрим вкратце наиболее часто применяемые модели для оценки тревожного и депрессивно-подобного поведения.

МЕХАНИЗМЫ ВЛИЯНИЯ СОЦИАЛЬНОЙ ИЗОЛЯЦИИ НА РАЗВИТИЕ ТРЕВОЖНОГО И ДЕПРЕССИВНО-ПОДОБНОГО ПОВЕДЕНИЯ

Роль гипоталамо-гипофизарной надпочечниковой системы. ГГНС играет важную роль при острых и хронических стрессах и развитии тревожно-депрессивных расстройств. В норме секреция гормонов высвобождения кортикотропина (ГВК) и аргинин/вазопрессина в паравентрикулярном ядре гипоталамуса активирует секрецию АКТГ в гипофизе. АКТГ, в свою очередь, стимулирует секрецию глюкокортикоидов (кортикостерона у животных) в коре надпочечников; кортикостерон взаимодействует со своими рецепторами во многих структурах мозга, обеспечивая через отрицательную обратную связь торможение выброса ГВК и аргинин/вазопрессина (см. подробно в обзоре Григорьяна и др., 2014). Известно, что оптимальная функция глюкокортикоидов реализуется при их умеренной концентрации, а гипо- и гиперсекреция приводят к аномальным отклонениям. Это происходит в силу разных характеристик и степени связывания двух основных типов рецепторов этих гормонов в мозге – собственно глюкокортикоидных (ГК) и минералокортикоидных (МК) рецепторов. МК-рецепторы связывают глюкокортикоиды при их умеренной концентрации в организме. Они стимулируют активность клеток в гиппокампе и влияют на поддержание базового суточного уровня глюкокортикоидов. ГК-рецепторы связывают глюкокортикоиды при их суточных пиках или при стрессах, вызывая торможение нейронов гиппокампа и регулируя через обратные тормозные механизмы реакции ГГНС на стресс. Глюкокортикоиды тормозят секрецию ГВК кортикотропина в паравентрикулярном ядре гипоталамуса и путем локальной мобилизации эндоканнабиноидов вызывают последующее торможение возбудительных афферентных входов. Быстрая обратная тормозная связь прекращает высвобождение ГВК и АКТГ в течение нескольких минут, уменьшая силу стресса. О том, как функционирует ГГНС при стрессах и развитии депрессии, подробно изложено в обзоре (Григорьян и др., 2014). Приведем несколько работ, имеющих отношение к социальной изоляции, тревожно-депрессивному поведению и уровню кортикостерона в крови. В частности, А.Такацу-Колеманом и др. (Takatsu-Coleman et al., 2013) было показано, что СИ мышей в течение 12 ч вызывает депрессивно-подобное поведение в ТВП, ТПС, в тесте “подвешивания за хвост” и увеличивает уровень кортикостерона в сыворотке крови. В другой работе (Ferland, Schrader, 2011) у крыс, проживавших в паре, после удаления из клетки партнера, у оставшегося животного резко увеличивался уровень КОРТ. Причем в ответ на острый стресс КОРТ был на таком же высоком уровне, что и у крыс, предварительно испытавших хронический вариабельный стресс. В еще одной работе (Stevenson et al., 2019) после шести недель хронической изоляции у животных развивалось депрессивно-подобное поведение (ангедония) и повышался уровень КОРТ.

А. Иераци и др. (Ieraci et al., 2016) обнаружили, что, несмотря на то, что СИ вызывала тревожное (в ОП) и депрессивно-подобное поведение в тесте “подвешивания за хвост”, уровень КОРТ не увеличивался, а даже уменьшался по сравнению с контрольными мышами. У крыс, находившихся в СИ с 21-го дня в течение трех недель, развивалось тревожное поведение, оцениваемое в ряде тестов. Но примечательно то, что уровень КОРТ у них, как и у контрольных крыс, повышался после ограничительного стресса, но с той разницей, что через 2 ч этот уровень опускался ниже предстрессового уровня (Lukkes et al., 2009). У самцов, но не у самок крыс СИ вызывала усиление тревожности в ПКЛ и повышенные уровни АКТГ и КОРТ, причем во втором случае как базовые значения, так и в ответ на стресс (Weiss et al., 2004). С другой стороны, несмотря на развитие тревожного поведения в светло-темной камере и ОП под влиянием СИ, ни базовый, ни вызванный стрессом уровень КОРТ не изменялся (Schrijver et al., 2002). У самок-изолянток крыс Киото-Вистар, которые сами по себе являются моделью депрессии, наблюдался пониженный уровень КОРТ по сравнению с контрольными животными линии Вистар (Mileva et al., 2017). Подобные результаты были получены в работе (Roeckner et al., 2017), в которой хроническая СИ вызывала у самок тревожное поведение и одновременно снижение уровня КОРТ в сыворотке крови. Подобные результаты объяснялись влиянием разной продолжительности изоляции и возрастом, с которого ее начинали (Serra et al., 2007). 3-недельная изоляция не изменяла уровень базового КОРТ по сравнению с его уровнем у взрослых контрольных крыс (Filipovic´, Pajovic´, 2009). Д. Филипович и соавт. (Filipovic et al., 2017) показали, что СИ ослабляет обратную отрицательную глюкокортикоидную регуляцию уровня секреции КОРТ. В работе (Boero et al., 2018) было обнаружено, что СИ уменьшает уровень общего КОРТ и его носителя кортикостероидно-связанного глобулина, но не влияет на свободные активные фракции КОРТ в базовом состоянии и в ответ на острый стресс. В базовом состоянии СИ увеличивала число глюкокортикоидных рецепторов и уменьшала число минералокортикоидных рецепторов. В ответ на острый стресс у крыс, подвергавшихся СИ, длительное время сохранялись высокими уровни КОРТ, АКТГ и гормона высвобождения кортикотропина. В гиппокампе и гипоталамусе крыс, содержавшихся в группе, экспрессия глюкокортикоидных рецепторов со временем возрастала, достигала пика, а затем возвращалась к базовым значениям, в то время как у социально изолированных крыс экспрессия глюкокортикоидных рецепторов не изменялась во времени (Boero et al., 2018). В ответ на острый стресс уровень КОРТ был выше у самцов-изолянтов, чем у самок (Pisu et al., 2016), хотя в другой работе (Heck, Handa, 2019) сообщалось о более сильной реакции ГГНС у самок, чем у самцов, благодаря модуляции половыми гормонами. Базовый уровень КОРТ после 9 мес СИ не отличался от уровня КОРТ у контрольных животных, однако у самок он был выше, чем у самцов, независимо от условий содержания (Krupina et al., 2020). В нашей работе (Павлова и др., 2021) значимый прирост уровня кортикостерона наблюдался у всех групп крыс после 2-месячной СИ, что свидетельствует об их большей реактивности на стрессирующие воздействия (ТВП) по сравнению с контрольными группами.

Роль окислительного стресса. Дополнительно к нарушениям работы ГГНС СИ вызывает окислительный стресс мозга и ведет к дисрегуляции антиокислительных энзимов (Colaianna et al., 2013). Антиокислительные энзимы – цитозольная медно-цинковая супероксидная дисмутаза CuZnSOD (Chang et al., 1988) и митохондриальная марганцево-супероксидная дисмутаза (MnSOD) – катализируют переход супероксидного аниона (O₂ –) в кислород и перекись водорода (H₂O₂), которые далее теряют токсичность благодаря энзимам – каталазе (КАТ) и глутатионовой пероксидазе (GPx) (Chelikani et al., 2004). Увеличение уровня КОРТ во время хронического стресса уменьшает активность антиокислительных энзимов в мозге крыс, что указывает на прямое участие КОРТ в окислительном стрессе (Zafir, Banu, 2009). Высокие уровни глюкокортикоидов усиливают высвобождение глутамата, приводят к кальций-зависимой активации синтазы оксида азота (NOS) и к продукции высоких (токсичных) концентраций оксида азота (NO), вызывая тем самым нарушение функции митохондрий. Усиленная экспрессия энзима NOX2 (основной источник реактивных разновидностей кислорода, ROS) и окислительный стресс во фронтальной коре являются ранними патологическими признаками влияния СИ у крыс. Вызванный с помощью NOX2 окислительный стресс ведет к увеличению уровня глутамата и уменьшению числа парвальбуминовых позитивных тормозных нейронов. Показано, что введение ингибитора NOX, апоцинина, в период 7-недельной СИ предохраняет от негативных последствий окислительного стресса. Повышенное содержание реактивных разновидностей кислорода (ROS) тормозит антиокислительную активность фермента КАТ (Spiers et al., 2015), а высокие уровни перекиси водорода H₂O₂ инактивируют активность медно-цинковой супероксидной дисмутазы (CuZnSOD)(Halliwell, Gutteridge, 1989). Показано, что социальная изоляция в течение 8 нед уменьшает активность КАТ, GPx и общую антиокислительную способность, и в то же время увеличивает уровни перекиси водорода в префронтальной коре и гиппокампе крыс (Shao et al., 2015). Кроме того, экспрессия CuZnSOD находится под контролем NF-jB (nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells NF-kB)(Meyer et al., 1993), который активируется перекисью водорода H₂O₂ (Bowie, O’Neill, 2000). Перекись водорода запускает положительную прямую связь (feed-forward) с NF-jB, вызывая аккумуляцию токсической перекиси водорода, в результате антиокислительная активность CuZnSOD еще больше снижается. Важным компонентом неэнзиматической антиокислительной системы является глутатион. Глутатион – это основной буфер окислительно-восстановительной системы (Giustarini et al., 2004) и существенный кофактор для ряда энзимов, предохраняющих клетки от окислительного стресса. Изменения в уровне глутатиона и активности глутатионовой пероксидазы свидетельствуют об ослаблении антиокислительной защиты. СИ в течение трех недель у взрослых крыс-самцов значительно снижала содержание глутатиона в префронтальной коре (Zlatkovic´ et al., 2014), а 3-недельная СИ у взрослых мышей-самцов уменьшала содержание глутатиона и активность глутатионовой пероксидазы в гиппокампе (Todorovic´ et al., 2014). Это свидетельствует о том, что СИ вызывает нарушение глутатион-зависимой защитной системы, провоцируя проокислительные эффекты в гиппокампе. Показано, что хроническая изоляция крыс в течение трех недель, которая вызывала депрессивно-подобное и тревожное поведение в тестах ТВП, ТПС и MB (закапывание кусочков мрамора), усиливала маркеры окислительного и нитрозирующего стресса (NF-κB и COX-2) в префронтальной коре, но в меньшей степени в гиппокампе (Zlatkovic et al., 2014). Дж. Стивенсон и соавт. (Stephenson et al., 2019) обнаружили, что 6-недельная хроническая СИ, которая вызывала депрессивно-подобное поведение у желтобрюхих полевок в ТПС, усиливала метаболиты реактивных разновидностей кислорода, отражающих проявление окислительного стресса. Ежедневные введения окситоцина практически полностью предохраняли животных от негативных последствий СИ. В другой работе у крыс, которых подвергали СИ в течение трех и восьми недель, проявлялись отчетливые признаки депрессивно-подобного поведения в ТВП и тесте “подвешивания за хвост” по сравнению с контрольными животными (Mohale, Chandewar, 2012). У стрессированных животных значительно усиливались признаки окислительного стресса: увеличение окисления липидов и уменьшение уровня глутатиона, GSH, супероксидной дисмутазы, SOD и КAT после 8 нед СИ. Более подробно о связи социальной изоляции, тревожного/депрессивно-подобного поведения и окислительного/нитрозирующего стресса смотри в обзоре (Filipovic et al., 2017).

Роль нитрозирующего стресса. Оксид азота (NO) продуцируется изоформами синтазы оксида азота (NOS). Он играет важную роль в синаптической пластичности, нейромодуляции и других физиологических функциях. Однако оверэкспрессия NO в результате повышенной активности ядерной nNOS и индуцируемой iNOS синтаз в период стресса вызывает повышенную активность глутаматных рецепторов (Ridnour et al., 2004). Дополнительно, местная селективная активация микроглии под влиянием хронического стресса у крыс ведет к высвобождению высоких концентраций оксида азота, провоцируя нитрозирующий стресс (Cassina et al., 2002). Повышенная экспрессия nNOS и iNOS в префронтальной коре в период 3-недельной СИ у взрослых крыс-самцов свидетельствует о нитрозирующем стрессе (Zlatkovic´, Filipovic´, 2012). Одним из стимулянтов нитрозирующего стресса в результате хронической СИ является активация ядерного фактора каппа-би (NF-jB) (Maes et al., 2007). Оксид азота вызывает усиленную регуляцию (upregulation) NF-jB (Connelly et al., 2001), а усиленная экспрессия обеих синтаз оксида азота (nNOS и iNOS) увеличивает продукцию NO, которая способствует активации NF-jB. Повышение продукции NO в результате хронической СИ может привести к активации проапоптотического сигналинга в префронтальной коре у взрослых крыс-самцов (Zlatkovic´, Filipovic´, 2012). Д. Филипович и соавт. (Filipovic et al., 2017) показали, что СИ в течение трех недель усиливает экспрессию циклооксигеназы-2 (COX-2, провоспалительный маркер) в префронтальной коре взрослых крыс-самцов (Zlatkovic´ et al., 2014). Увеличение экспрессии COX-2 и iNOS связано с усиленной продукцией NF-jB (Maes et al., 2007). Активация COX-2 вызывает высвобождение дополнительных свободных радикалов и провоспалительных цитокинов (Arimoto, Bing, 2003) и активирует биосинтез простагландинов, что еще больше усиливает проокислительное состояние клетки. Простагландины сами по себе тоже могут повреждать клетки, провоцируя высвобождение глутамата из астроцитов или приводя к апоптозу (Vesce et al., 2007). Будучи экспрессированными, iNOS и COX-2 могут генерировать большое число реактивных разновидностей кислорода (ROS), которые способствуют окислению клеточных компонентов (Madrigal et al., 2003) и вовлекаются в процесс проапоптотического сигналинга в префронтальной коре. Показано, что антагонист 5-HT3-рецепторов трописетрон способен уменьшать депрессивное влияние 4-недельной социальной изоляции у мышей-самцов подросткового возраста за счет снижения нитрозирующего стресса путем восстановления функции митохондрий и уменьшения уровня оксида азота в кортикальных областях (Haj-Mirzaian et al., 2016). В этой работе трописетрон смягчал негативное влияние индуцируемой синтазы оксида азота (iNOS) на активность митохондрий, а в комбинации со специфическим ингибитором iNOS аминогуанидином протекторный эффект трописетрона еще больше увеличивался.

Роль нейровоспаления. Одним из важных механизмов влияния СИ на развитие тревожно-депрессивного состояния является нейровоспаление. Во многих работах было показано, что СИ увеличивает содержание в мозге провоспалительных цитокинов (IL-1b, IL-6, фактор некроза опухоли альфа) (Du Preez et al., 2020b; Todorovich et al., 2017; Wang et al., 2017) и Толл-рецепторов (Alshammari et al., 2020; 2019) в гиппокампе. Последние распознают консервативные молекулы микроорганизмов и запускают клеточные иммунные реакции. Известно, что у самцов больше Толл-4-, а у самок – Толл-7-рецепторов. Показано, что разные стрессы вызывают разные изменения в поведении и биохимических показателях. В частности, Ду Приз и соавт. (Du Preez et al., 2020a) показали у мышей различия в эффектах двух разных стрессов – хронической СИ с 42-го дня в течение 6–9 нед и ежедневных инъекций физиологического раствора за это же время. Стресс от ежедневных инъекций вызывал у мышей тревожное поведение. При этом происходило ослабление воспалительных реакций: снижение уровней TNFα and IL-4 в сыворотке крови, увеличение реактивности кортикостерона, усиление активации микроглии и уменьшение нейрональной дифференциации в зубчатой фасции гиппокампа. Напротив, длительная социальная изоляция вызывала депрессивно-подобное поведение: увеличение в сыворотке уровня TNFα, уменьшение уровня IL-10, ослабление реактивности кортикостерона и уменьшение плотности микроглии (Du Preez et al., 2020a). Последняя играет очень важную роль в иммунных и воспалительных реакциях и является одним из основных источников образования и выделения интерлейкинов. Гибель мигроглии проходит через стадии активации и апоптоза. Введение миноциклина предупреждает потерю микроглии и препятствует развитию тревожного и депрессивно-подобного поведения. В работе Гонга и соавт. (Gong et al., 2018) оба активатора микроглии, ЛПС и стимулирующий фактор колонии макрофагов (M-CSF) полностью предохраняли организм от развития депрессивно-подобного поведения за счет усиленной пролиферации микроглии в гиппокампе. СИ в раннем возрасте вызывала увеличение экспрессии активационного маркера микроглии, Iba1, в гиппокампе и уменьшение экспрессии микроглиального рецептора CD200, который обеспечивает спокойное состояние микроглии (Wang et al., 2017). Участие иммунных и воспалительных реакций в эффектах СИ подтверждают данные, полученные на дрозофиле. У взрослых самцов дрозофилы, которых социально изолировали в течение четырех дней, изменялась экспрессия 90 генов, большинство из которых относятся к иммунной системе (Agrawal et al., 2020). Это косвенно указывает на связь СИ с иммунной системой и воспалением.

Роль трофических факторов, нейрогенеза и синаптической пластичности. BDNF (трофический фактор мозга) – один из наиболее важных нейротрофинов, участвующих в процессах развития мозга, включая выживаемость нейронов, их специализацию, миграцию, синаптогенез, плотность шипиков и ветвление дендритов. Уровень экспрессии BDNF под влиянием СИ зависит от продолжительности изоляции, возраста, в котором ее проводят, пола и вида животного, исследуемой структуры и других факторов. Так, СИ у самцов в подростковом возрасте (38-й–51-й дни) вызывала увеличение уровня BDNF в медиальной префронтальной коре взрослых крыс (Shao et al., 2013). 2-недельная СИ увеличивала экспрессию BDNF в медиальной префронтальной коре, но уменьшала ее в прилежащем ядре и зубчатой фасции (ЗФ) гиппокампа (Han et al., 2011). 4-недельная СИ у крыс в возрасте четырех недель увеличивала экспрессию BDNF в медиальной префронтальной коре и в областях СА1, СА2/3 гиппокампа и ЗФ (Meng et al., 2011). Изоляция в течение двух месяцев у 2-месячных крыс уменьшала уровень BDNF в гиппокампе (Scaccianoce et al., 2006). У мышей линии С57BL/6 социальная изоляция в течение трех недель, начиная с 3-месячного возраста, вызывала снижение уровня BDNF в гиппокампе, фронтальной коре, гипоталамусе и структурах среднего мозга (Berry et al., 2012). В уже упомянутой нами работе (Begni et al., 2020a) у крыс с разной продолжительностью изоляции и в разном возрасте уровень BDNF уменьшался у изолянтов всех групп по сравнению с контролем. Но уровни BDNF транскриптов, содержащих экзоны 4 и 6, были ниже только у группы крыс с продолжительной социальной изоляцией. У двух других групп, у которых изоляцию проводили в подростковый и взрослый периоды, различий между уровнем этих транскриптов по сравнению с контрольной группой не наблюдалось. В работе (Chmelova et al., 2019) ни у самцов, ни у самок не было обнаружено изменений экспрессии BDNF под влиянием СИ. Уменьшение уровня BDNF под влиянием хронической СИ у мышей-самцов, которые проявляли тревожное и депрессивно-подобное поведение, наблюдалось в гиппокампе и префронтальной коре (Ieraci et al., 2016). Мыши, находившиеся после инсульта в течение двух или семи недель в состоянии СИ, проявляли депрессивное поведение и имели пониженный уровень BDNF (O’Keefe et al., 2014). Дж. Эванс и соавт. (Evans et al., 2012) обнаружили, что хроническая СИ у грызунов вызывает депрессивно-подобное и тревожное поведение, уменьшает уровень BDNF, снижает нейрогенез и концентрацию эндогенного нейростероида, аллопрегнанолона. Введение экзогенного аллопрегнанолона с момента действия хронической СИ предотвращало развитие тревожно-депрессивного поведения и нормализовало уровень BDNF и нейрогенез (Evans et al., 2012). У самок мышей под влиянием 8-недельной СИ наряду с проявлением тревожного состояния происходило увеличение экспрессии BDNF в церебральной коре (Kumari et al., 2016). Одновременно происходило усиление регуляции CREB-1 (cAMP responsive element binding protein 1) и CBP (CREB-binding protein), которые играют важную роль в транскрипции BDNF. Наоборот, активность HDAC-2 (гистонде-ацетилаза-2), которая отрицательно влияет на экспрессию BDNF, у изолянтов ослаблялась. Поскольку регуляция уровня BDNF находится в связке с действием Limk-1 (LIM domain kinase 1), miRNA-132 и miRNA-134, то вместе с усилением экспрессии BDNF наблюдаются также усиление экспрессии мРНК Limk-1 и miRNA-132 и уменьшение экспрессии miRNA-134 (тормозит трансляцию Limk-1). Таким образом, молекулярные изменения при тревожном поведении, обусловленные влиянием социальной изоляции, вызываются через усиление экспрессии BDNF, CBP, CREB-1, Limk-1 и miRNA-132 и ослабление экспрессии HDAC-2 и miRNA-134 в церебральной коре (Arzate-Mejía et al., 2020; Kumari et al., 2016).

Накоплено немало фактов, свидетельствующих о том, что СИ снижает нейрогенез в гиппокампе (Guarnieri et al., 2020; Liu et al., 2020; Lieberwirth et al., 2012; Ibi et al., 2008; Lu et al., 2003). Например, показано, что изоляция у взрослых мышей (самцов и самок) в течение одной недели ослабляет нейрогенез в обонятельной луковице и в вентральной части гиппокампа (Guarnieri et al., 2020). У мышей-самцов в возрасте 2.5 мес СИ в течение четырех недель изменяла нейропластичность и активность связанных с ней генов (Ieraci et al., 2016), а СИ крыс в течение одного-двух месяцев уменьшала нейрогенез в зубчатой фасции и снижала длительную посттетаническую потенциацию нейронов гипокампа (Lu et al., 2003). В работе Уэнга и соавт. (Wang et al., 2019) хроническая СИ тоже вызывала ослабление длительной посттетанической потенциации нейронов поля СА1 гиппокампа. При этом в гиппокампе уменьшалась экспрессия протеина PSD-95 (postsynaptic density protein-95) и глутаматных рецепторов (GluA1, NR1 и NR2B) без изменений высвобождения внеклеточного глутамата и экспрессии NR2A- и GABA_A-рецепторов. Это свидетельствует о том, что СИ в раннем возрасте нарушает постсинаптические функции и изменяет взаимодействие между AMPA- и NMDA-рецепторами, влияя на пространственную память и обучение (Wang et al., 2019). Показано, что у самок крыс, находившихся в изоляции с 35-го по 55-й дни жизни, в радиальном слое дорсального гиппокампа уменьшается ветвление дендритного дерева (Chen et al., 2018). Наоборот, в вентральном отделе гиппокампа происходит усиление ветвления дендритного дерева. У нокаутных Thy-1-GFP-мышей, находившихся в СИ с 21-го дня жизни до зрелого возраста, в префронтальной коре были обнаружены тонкие недоразвитые дендритные шипики, и их количество было меньше, чем у контрольных животных. У этих же мышей слабее проявлялась длительная посттетаническая потенциация (Medendorp et al., 2018). Уменьшение ветвления апикальных/базальных дендритов и плотности шипиков в нейронах поля СА1 гиппокампа у самцов и самок мышей под влиянием СИ было обнаружено также в работе (Liu et al., 2020). Ф. Скала и др. (Scala et al., 2018) показали вовлечение гликоген-синтазы киназы 3бета (glycogen-synthase kinase 3β, GSK3β) и потенциал-зависимых натриевых каналов (Nav1.6) в регуляцию нейропластичности в условиях хронической СИ и обогащенной среды. Транскриптомные исследования в прилежащем ядре у крыс, находившихся в СИ и обогащенной среде, выявили низкие уровни GSK3β и SCN8A mRNA (sodium voltage-gated channel alpha), которые можно рассматривать как проявление защитных механизмов, связанных с ослаблением возбудимости средних шипиковых нейронов. Уровень активности GSK3β и состояние Nav1.6 отражают возбудимость средних шипиковых нейронов. Приглушение (silencing) активности GSK3β предохраняет нейроны от абортивной пластичности в условиях СИ (Scala et al., 2018).

Роль моноаминов. Социальная изоляция уменьшала транскрипцию генов всех постсинаптических 5-HT-рецепторов: 5-HT(1A), 5-HT(1B), 5-HT(2A), 5-HT(2C), 5-HT(3A), 5-HT(6) и 5-HT(7) – в префронтальной коре и 5-HT(1B)-, 5-HT(2A)- и 5-HT(2C)-рецепторов в гипоталамусе и среднем мозге. В гиппокампе вызывалась только оверэкспрессия 5-HT(6). Различий в транскрипции гена транспортера 5-HT по сравнению с контролем не наблюдалось (Bibanсos et al., 2007). В прилежащем ядре СИ не влияла на базовый уровень внеклеточного серотонина (Howes et al., 2000), но уменьшала базовый оборот 5-HT (Heidbreder et al., 2000). В префронтальной коре СИ также не влияла на базовый внеклеточный уровень серотонина, но уменьшала его метаболизм (Holson et al., 1988). Н.А. Крупина и др. (Крупина и др. 2019) показали, что 2-месячная изоляция крыс, начиная с раннего возраста, вызывала уменьшение уровня серотонина в гиппокампе и увеличение оборота по отношению 5-HIAA/5-HT. 3-месячная СИ вызывала повышение уровня серотонина и снижение его оборота в миндалине. Во фронтальной коре была обнаружена тенденция к уменьшению уровня серотонина. Похожие данные получили Х. Бренес и соавт. (Brenes et al., 2020) по гиппокампу, в котором под влиянием 1-месячной СИ с раннего возраста у крыс происходило уменьшение концентрации серотонина, увеличение концентрации 5-HIAA и оборота серотонина. Ряд исследователей связывают депрессивно-подобное поведение с уменьшением уровня серотонина в мозге, а если быть точнее, то с изменением соотношения уровней серотонина/кинуренина (Ramírez et al., 2018). Авторы считают, что при сильном и/или повторяющемся стрессе происходит активация индол-2, 3-диоксигеназы (indole-2, 3-dioxygenase, IDO), энзима кинурениновых метаболических путей, который увеличивает синтез квинолиновой кислоты с ассоциированным негативным влиянием на синтез серотонина. Хинолиновая кислота активирует NMDA-рецепторы и стимулирует секрецию провоспалительных интерлейкинов (IL-6 и 1L-1β). При этом повышается активность ГГНС и смещается триптофановый метаболизм в сторону продукции хинолиновой кислоты и интерлейкинов, в результате еще больше снижается синтез серотонина и консолидируется депрессивно-подобное поведение (Ramirez et al., 2018).

В ряде работ было показано, что СИ увеличивает уровень внеклеточного дофамина (Whitaker et al., 2013; Heidbreder et al., 2000; Hall et al., 1998), но в некоторых случаях этого не происходило (Brenes, Fornaguera, 2009; Miura et al., 2002). У самцов-крыс СИ не влияла на уровень внеклеточного дофамина в прилежащем ядре (Hall et al., 1998; Howes et al., 2000; Karkhanis et al., 2014), хотя базовый оборот дофамина при этом увеличивался. Кроме того, электрическая стимуляция, электрокожное раздражение, системное введение амфетамина, этанола и кокаина увеличивали высвобождение дофамина в прилежащем ядре у самцов-изолянтов по сравнению с контрольными животными. В префронтальной коре базовый уровень дофамина под влиянием СИ не изменялся (Powell et al., 2003; Holson et al., 1998), однако оборот дофамина уменьшался. В базолатеральной миндалине СИ уменьшала базовый уровень дофамина (Karkhanis et al., 2015), но усиливала его оборот (Heidbreder et al., 2000). В противоположность изменениям 5-HT-рецепторов под влиянием СИ, чувствительность или экспрессия дофаминовых рецепторов не изменялись (Walker et al., 2019). Хотя по последним данным (Begni et al., 2020a) были обнаружены небольшие изменения экспрессии Д1- и Д2-рецепторов под влиянием СИ в подростковом возрасте с трендом к уменьшению экспрессии, тогда как при СИ во взрослом возрасте наблюдалось увеличение уровня экспрессии мРНК Д2-рецепторов.

Таким образом, приведенные результаты свидетельствуют о влиянии СИ на уровень и оборот серотонина и дофамина в разных структурах мозга. Это лишний раз подтверждает их важную роль в развитии тревожно-депрессивных расcтройств, а наблюдаемые изменения в активности и метаболизме нейротрансмиттеров, по-видимому, отражают одно из многих звеньев патогенеза, связывающих влияние СИ с этими расстройствами.

ПОЛОВЫЕ РАЗЛИЧИЯ В ЭФФЕКТАХ СОЦИАЛЬНОЙ ИЗОЛЯЦИИ

По меньшей мере три фактора могут оказывать влияние на половые различия в эффектах социальной изоляции. Во-первых, это особенности течения нейровоспалительного процесса и активации иммунной системы.

Показано, что социальная изоляция в течение шести недель вызывает у степных полевок тревожно-подобное поведение, микроглиолиз и специфические изменения в нейронных и нейрохимических реакциях в отдельных структурах мозга в зависимости от пола животного (Donovan et al., 2020). Более того, СИ вызывает нарушения кишечной микрофлоры (gut microbiome), которая тесно связана с ключевыми функциями мозга и поведения. Авторы полагают, что СИ изменяет кишечно-иммунно-мозговую ось в зависимости от пола животного, причем микробы кишечника, центральные глиальные клетки и нейрохимические системы в совокупности играют критическую интегративную роль в реализации негативных влияний социальной изоляции (Donovan et al., 2020). Ранняя СИ в течение восьми дней помимо депрессивно-подобного и тревожного поведения вызывала гибель и дистрофию микроглии в гиппокампе (Gong et al., 2018). Сохранение микроглии и ее пролиферация предохраняют от развития поведенческих нарушений. Реакцию микроглии оценивают по уровню экспрессии CD200R (мембранный рецептор, который связывает гликопротеин CD200, подавляющий иммунную активность) и CX3CL1 (хемокин/фракталкин, см. подробно в обзоре Villa et al., 2016) в гиппокампе. CD200R и CX3CL1 экспрессируются на микроглии. СИ в раннем возрасте вызывает увеличение экспрессии активационного маркера микроглии (Iba1 – ionized calcium-binding adapter molecule 1) в гиппокампе и уменьшение экспрессии микроглиального рецептора CD200R, который обеспечивает спокойное состояние микроглии (Wang et al., 2017). Взаимодействие между CD200R- и CX3CL1-лигандами и соответствующими рецепторами на микроглии ведет к торможению воспалительного процесса. Поскольку стресс вызывает уменьшение CD200R и CX3CL1, то он может вызывать сенситизацию нейровоспаления посредством уменьшения нейронного торможения микроглии. Диады CD200 и CD200R и CX3CL1-CX3CR1 обеспечивают нормальное нейронно-глиальное взаимодействие (neuron-microglia crosstalk). Это взаимодействие нарушается под влиянием стресса (уменьшается CD200R и CX3CL1), в результате нейронное торможение микроглии уменьшается, последняя выходит из-под контроля, продуцирует большое число провоспалительных цитокинов, пролонгирует и усиливает воспалительный процесс. После стресса у самцов усиливается активация микроглии in vivo и потенцируются реакции микроглии ex vivo на повторный стресс (Frank et al., 2007). Это свидетельствует о том, что у самцов микроглия обеспечивает высокую чувствительность к нейровоспалению. У самок микроглия не приводит к эффекту сенситизации. По-видимому, резистентность к нейровоспалительному процессу у самок в ответ на повторные стрессы осуществляется не за счет изменения реактивности микроглии, а в силу каких-то других механизмов (Fonken et al., 2018). Интересно, что у самок во время повторного стресса наблюдалось увеличение противовоспалительного интерлейкина IL-10. На этом основании высказывалось предположение, что иммунная система у самок может выполнять функцию буфера для смягчения реакций на повторный стресс через активацию противовоспалительных путей (Barrientos et al., 2019).

Второй возможной причиной для половых различий в реакциях на социальную изоляцию, как мы уже отмечали, является период жизни, во время которого осуществляется СИ, поскольку под ее влиянием модифицируются или полностью изменяются характерные для каждой стадии развития формы общения и взаимодействия между субъектами (Shao et al., 2013). Более чувствительными к изоляции раннего возраста являются самцы, которые утрачивают типичные для подросткового периода такие формы социального взаимодействия, как игровое поведение, “бойцовские” схватки, исследовательская активность и др. Самки менее чувствительны к влияниям СИ по этим показателям, что сказывается на их будущих поведенческих реакциях по сравнению с самцами. И, наконец, третьим очень важным фактором в половых различиях под влиянием СИ, вероятно, являются собственно половые гормоны. Для оценки эффектов половых гормонов часто используется модель овариоэктомии (ОЭ).

В подтверждение сказанному выше СИ в подростковом периоде, за редкими исключениями (Weintraub et al., 2010; Thorsell et al., 2006), вызывала тревожное поведение в ПКЛ и ОП у самцов, но не у самок. В работе (Pisu et al., 2016) было также показано, что СИ вызывает депрессивно-подобное поведение только у самцов. У самок такое поведение не проявлялось, возможно, благодаря защитному действию половых гормонов. Острый стресс вызывал увеличение уровня кортикостерона у самцов и самок социально изолированных животных, но у самцов он поднимался выше, чем у самок (Pisu et al., 2016). В то же время противоположные результаты получили С. Бурк и Г. Ней (Bourke, Neigh, 2011), которые содержали крыс в изоляции в подростковом периоде (37–49 дней), а затем тестировали у них уровни тревожного и депрессивно-подобного поведения в позднем подростковом (48–57 дней) и зрелом возрасте (96–104 дней). Оказалось, что только самки, причем как в позднем подростковом, так и во взрослом периоде проявляли тревожное и депрессивно-подобное поведение по тестам предпочтения сахарозы и вынужденного плавания, и только они имели искаженную реакцию кортикостерона на острый стресс при вынужденном плавании. Самцы, подверженные СИ в подростковом возрасте, не проявляли признаков тревожного и депрессивно-подобного поведения ни в одном из этих периодов жизни (Bourke, Neigh, 2011). Правда, надо сказать, что в отмеченной работе СИ применялась не в чистом виде, а в комбинации с ограничительным стрессом и стрессом социального поражения. Похожим образом, но при несколько иных условиях (Nishinaka et al., 2015) одновременно с отлучением от матери на 2-й–3-й неделе проводили СИ мышей. Мышат отлучали от матери на 15-й–21-й дни жизни, помещая в индивидуальные клетки на шесть часов в день, а начиная с 21-го дня жизни уже постоянно содержали в клетках поодиночке. Другими словами, социальную изоляцию начинали до отлучения от кормящей матери и продолжали после завершения вскармливания. На девятой неделе перевязывали седалищный нерв для вызова нейропатической боли. Депрессивно-подобное поведение в ТВП на 12-й неделе жизни обнаружилось только у самок, но не у самцов. В нашей работе (Павлова и др., 2021) мы также наблюдали депрессивно-подобное поведение по тесту предпочтения сахарозы только у самок, находившихся в СИ с 45-го по 105-й дни жизни, но влияние изоляции отчетливо проявилось только в комбинации с ранним провоспалительным ЛПС-стрессом. У самцов такого поведения не наблюдалось. Причем мы не обнаружили существенных различий между самцами и самками, бывшими в условиях СИ, по уровню тревожности, хотя и те и другие имели более высокие показатели тревожности по сравнению с контрольными животными (Павлова и др., 2021). Похожие результаты получили М. Карузо и соавт. (Caruso et al., 2017), в их опытах повторные эпизоды изоляции мышей линии BALB/cJ в подростковом периоде, перемежавшиеся с социальной новизной в течение четырех недель, усиливали тревожность у самцов и самок, а депрессивно-подобное поведение – только у самок.

В литературе имеется немало работ, в которых показана роль ОЭ (изолированной и в комбинации с другими стрессами) в развитии тревожных и депрессивных расстройств и защитной функции эстрогенов. Ф. Ге и соавт. (Ge et al., 2020) обнаружили после ОЭ значительное увеличение микроглиальных клеток в префронтальной коре, активацию большого числа провоспалительных цитокинов и проокислительных генов. Показано, что депрессивно-подобное поведение вызывается при действии ОЭ на протяжении длительного времени (Khayum et al., 2020). Введение эстрадиола или агонистов Erβ-рецепторов в гиппокамп уменьшало депрессивно-подобное поведение, вызванное ОЭ спустя 12 нед (Bastos et al., 2015). Все эти данные свидетельствуют о важной защитной функции эстрогенов в проявлениях тревожно-депрессивных расстройств. К сожалению, нам не удалось найти в литературе ни одной работы, в которой бы сочеталось влияние СИ с эффектами ОЭ. Однако в одной работе (Ramos-Ortolaza et al., 2017) исследовали взаимодействие хронической СИ с влиянием гормонов яичников на тревожное и депрессивно-подобное поведение и экспрессию глюкокортикоидных рецепторов в гиппокампе и гипоталамусе во время нормального цикла самок крыс. Животных, находившихся в СИ в течение восьми недель, тестировали в фазу диэструса (межтечка или стадия покоя с минимальным уровнем эстрогена и прогестерона), эструса (течка) и проэструса (предтечка с высоким уровнем гормонов). Оказалось, что у самок, находившихся в изоляции, уровень депрессивно-подобного поведения был выше, чем у контрольных животных, независимо от фазы цикла. Но уровень тревожного поведения был ниже в фазу течки, что сопровождалось уменьшением экспрессии ГК-рецепторов в зубчатой фасции и поле СА1 гиппокампа (Ramos-Ortolaza et al., 2017).

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СОЦИАЛЬНОЙ ИЗОЛЯЦИИ С ДРУГИМИ ФОРМАМИ СТРЕССА

Поскольку организму на протяжении жизни, в том числе во время социальной изоляции, могут сопутствовать и другие стрессы (например, интоксикации, инфекции и т.д.), то важно рассмотреть, как взаимодействуют между собой эффекты разных форм стресса и каковы последствия таких взаимодействий. В ряде случаев слабые краткосрочные стрессы могут оказывать положительное влияние на последующие реакции путем “закаливания” организма. В других случаях эффекты разных стрессов могут аккумулироваться, и общий негативный эффект при этом усиливается. Например, у мышей, которых содержали в СИ и в группах, умеренный хронический вариационный стресс в течение шести недель вызывал повышение уровня КОРТ в ответ на острый ограничительный стресс, но только у группы крыс, испытавших социальную изоляцию (Heck et al., 2020). В том случае, когда беременным самкам вводили токсин, вызывающий воспалительную реакцию, а позже исследовали взаимодействие эффекта этого токсина с влиянием СИ у потомства в подростковом периоде, оказалось, что воспалительный процесс во время беременности не усиливал эффекты изоляции, а уменьшал их (Goh et al., 2020). У подростковых крыс с двойным стрессом в гиппокампе было больше окситоцина, чем при одиночном стрессе, что также говорит об охранительном влиянии первого стресса на второй. В работе (Sequeira-Cordero et al., 2020) хронический непредсказуемый стресс у крыс, содержавшихся в СИ, изменял баланс процессов “возбуждение-торможение” и делал поведение более активным по сравнению с контрольной группой, что проявилось в повышении исследовательской активности, нацеленности на позитивное подкрепление и ослабление реакции страха. Комбинации разных стрессов в раннем детстве и во взрослом периоде не обязательно приводят к усилению второго стресса, в особенности когда негативный характер стрессов в детстве и во взрослом состоянии совпадают. При разном качестве знаков первого и повторного стрессов также не всегда получаются однонаправленные результаты (Santarelli et al., 2017). Авторы показали, что ранние вмешательства стрессового или иного характера не всегда ведут к усилению реакции на повторный стресс, и вместо усиления эффекта может возникать устойчивость ко второму стрессу после перенесенного стресса в раннем возрасте. Самцы крыс в возрасте трех месяцев содержались в СИ и стандартных контрольных условиях (Viana Borges et al., 2019). Через месяц половина крыс каждой группы подвергалась хроническому непредсказуемому стрессу в течение 18 дней. Социальная изоляция вызывала усиление экспрессии HDAC5, уменьшение ацетилирования H3K9 и H4K12, уменьшение уровня BDNF и ослабление долгосрочной памяти. СИ вызывала тревожное поведение. Комбинация двух стрессов усиливала только экспрессию HDAC5 (Viana Borges et al., 2019). Влияние одного стресса на другой может зависеть от линии исследуемых мышей (Painsipp et al., 2011). Так, у животных линии CD1, содержавшихся в группах, введение бактериального токсина ЛПС и тестирование поведения в ТВП на следующий день и через 28 дней выявили отчетливое депрессивно-подобное поведение, чего не наблюдалось у крыс, содержавшихся в СИ. Наоборот, у мышей линии C57BL/6, содержавшихся в СИ, наблюдалось проявление депрессивно-подобного поведения. Оно поддерживалось в течение четырех недель и проявлялось дополнительно в тесте предпочтения сахарозы. Такое же поведение наблюдалось у мышей, содержавшихся в группах (Painsipp et al., 2011). Социальная изоляция в течение 2–4 нед (но не 1-й недели) усиливала эффекты введения ЛПС (10 млг/кг) у мышей в отношении “болезненного состояния”, увеличивала уровни КОРТ, цитокинов IL-6, фактора некроза опухоли альфа и IL-10. Но синергичных эффектов в отношении других стрессоров (ограничительный стресс, щипки хвоста, громкий звук) не наблюдалось (Gibb et al., 2008). У мышей с СИ в течение двух недель, с размещением их затем в группы, введение токсина poly I:C вызывало усиление поведенческих эффектов (“болезненное состояние”), уровней КОРТ, цитокинов IL-6, IL-10, по сравнению с изолированным введением poly I:C (Gandhi et al., 2007). В работе (Miura et al., 2009) мышам, которые с 21-го дня жизни содержались в условиях СИ в течение четырех недель, вводили ЛПС и измеряли содержание триптофана, серотонина и кинуренина в префронтальной коре, гиппокампе, миндалине и в дорзальных ядрах шва. Кинуренин (КИН) индуцируется ферментом индоламин 2,3-диоксигеназой (IDO) и является ключевым продуктом триптофанового метаболизма. При воспалительном процессе активность смещается в сторону кинуренина, что приводит к развитию депрессивно-подобного поведения. Одиночная социальная изоляция вызывала уменьшение отношения кинуренин/серотонин в миндалине и ядрах шва. Двойной стресс (ЛПС+СИ) увеличивал отношение кинуренин/серотонин во всех структурах, за исключением ядер шва. То есть при одиночном влиянии СИ происходило смещение активности в сторону серотонина, а при двойном стрессе в сторону кинуренина (Miura et al., 2009). На поведенческом уровне это частично совпадает с нашими данными (Павлова и др., 2021), когда введение ЛПС на 3-й и 5-й дни жизни крысам, находившимся на 45-м–105-м днях в социальной изоляции, вызывало наиболее сильные отрицательные эффекты. Социальная изоляция в 6 и 28 дней усиливала провоспалительные эффекты ЛПС у мышей (Peterman et al., 2020). Комбинированное влияние 6-недельного умеренного хронического непредсказуемого стресса у мышей-самцов и затем еще в течение 6 нед влияние социальной изоляции вызывало отчетливое депрессивно-подобное поведение с усиленной реакцией микроглии в ЗФ вентрального гиппокампа и усиленной реакцией астроцитов в вентральной и дорсальной части ЗФ дорсального гиппокампа (Du Preez et al., 2020b).

РОЛЬ ФАКТОРОВ, СМЯГЧАЮЩИХ НЕГАТИВНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ СОЦИАЛЬНОЙ ИЗОЛЯЦИИ

Много лет назад мы выдвинули гипотезу, согласно которой в основе депрессивных расстройств лежит нарушение механизмов памяти (Григорьян, 2005). Память представляет собой центральное ядро фунциональной системы, на котором смыкаются все остальные ее звенья, включая приток информации из окружающего мира, мотивацию, подкрепление и действия. Нормальное функционирование памяти обеспечивает адекватную работу функциональной системы, и наоборот. “Поломки” в любом звене функциональной системы приводят к нарушениям механизмов памяти, и, в конечном счете, к развитию целого ряда психопатологий, включая депрессивные расстройства (Григорьян, 2005; Григорьян, Гуляева, 2015). Исходя из высказанной нами гипотезы любое противодействие этим “поломкам” должно поддерживать работу функциональной системы и память на нормальном уровне и предохранять организм от развития депрессивных и иных психических расстройств. Для этого должен быть обеспечен, во-первых, достаточный приток информации из внешнего мира, что в опытах на грызунах достигается с помощью обогащения окружающей среды разными стимулами и предметами. Во-вторых, необходимо усиливать мотивированность в поведении животного, что обеспечивается исследовательской активностью (новизна), игровым поведением (социальные контакты) и другими формами социального взаимодействия. Немаловажное значение имеет активность животного вообще и двигательная активность в частности. Действия не только поддерживают тонус организма на высоком уровне, но и способствуют решению задач, приводящих к полезному приспособительному результату и положительным эмоциям. В опытах на животных для обеспечения двигательной активности используют физические тренировки, бег в колесе, всевозможные предметы в пределах клетки (лесенки, картонные коробки и т.д.), облегчающие и мотивирующие движения. Рассмотрим теперь, какие в литературе имеются данные о влиянии обогащенной среды, физических упражнений, ресоциализации на поведение животных в тестах, оценивающих тревожное и депрессивно-подобное поведение, по сравнению с животными, содержащимися в стандартных условиях и социальной изоляции.

В работе (Brenes et al., 2020) крыс, начиная с 21-го дня жизни, подвергали социальной изоляции в течение одного месяца. Затем животных разделяли на группы, которые в течение еще одного месяца содержались в условиях выполнения физических упражнений (бег в колесе), обогащенной среды (ОС) и под влиянием лечения флуоксетином (ингибитор обратного захвата серотонина). СИ вызывала тревожно-подобное поведение в ОП, ангедонию в ТПС и депрессивно-подобное поведение в ТВП. Только ОС вызывала анксиолитические эффекты и снижала ангедонию. Введение флуоксетина уменьшало депрессивно-подобное поведение. Физические упражнения занимали промежуточное положение по силе влияния на исследуемые поведенческие реакции. По мнению авторов, физические упражнения и обогащенная среда являются более эффективными факторами в купировании влияний СИ, чем медикаментозное лечение флуоксетином (Brenes et al., 2020). Г. Парк и др. (Park et al., 2020) показали, что у крыс, находившихся в СИ с 21-го дня жизни в течение 6 нед, насильственные плавательные упражнения (60 мин в день, 6 дней в неделю, 6 нед подряд) ослабляли тревожное и депрессивно-подобное поведение. Упражнения плаванием подавляли апоптоз, усиливали нейрогенез и увеличивали экспрессию серотонина (Park et al., 2020). У степных полевок исследовали возможность предупреждения негативных эффектов социальной изоляции с помощью применения обогащенной среды одновременно с СИ и последовательно – вначале СИ, а затем ОС. В обоих случаях ОС препятствовала развитию тревожного поведения в ОП и ПКЛ и депрессивно-подобного поведения в ТВП. ОС была более эффективной, чем физические упражнения и хендлинг в уменьшении негативных эффектов СИ (Grippo et al., 2014; Cirulli et al., 2010). Тревожное поведение крыс в ОП и ПКЛ, у которых СИ в течение трех месяцев сочетали с физическими упражнениями (бег в колесе), проявлялось слабее, чем у крыс с СИ без физических упражнений. Последние частично восстанавливали уровни BDNF и NGF в гиппокампе, которые уменьшались под влиянием СИ (Okudan, Belviranli, 2017). В еще одной работе исследовали влияние разных условий размещения животных на тревожное и депрессивно-подобное поведение под влиянием ингибитора обратного захвата серотонина, сертралина (Yildirim et al., 2016). Особенностью работы является то, что размещение крыс в разных по размеру клетках и в разных количествах рассматривалось авторами как условие СИ (по одной крысе в клетке), стандартное размещение (по 4 крысы в клетке) и условие обогащенной среды (12 крыс в клетке). Другими словами, под ОС понималось не увеличение и разнообразие предметов обстановки, а увеличение возможностей социальных контактов и взаимодействия за счет увеличения числа животных. Через 6 нед у крыс разных групп исследовали тревожное и депрессивно-подобное поведение, а еще через неделю проводили те же тесты, но под влиянием сертралина. Оказалось, что разное размещение животных влияло на уровень депрессивно-подобного поведения, но не изменяло уровень тревожного поведения. Сертралин уменьшал уровень депрессивно-подобного поведения у крыс, проживавших в ОС и в стандартных условиях, но не в условиях социальной изоляции (Yildirim et al., 2016). Более того, крысы группы СИ пили больше сахарозы в ТПС, а сертралин еще больше усиливал у них питье сахарозы, что говорит об антидепрессивном эффекте сертралина и таком же поведении изолированных крыс (Yildirim et al., 2016). А. Мора-Галегос и Дж. Форнагуера (Mora-Callegos, Fornaguera, 2019) исследовали влияние СИ, ОС и у контрольных животных в течение одного месяца, начиная с 21-го дня жизни, на тревожное поведение в ОП и ПКЛ. Животные, содержавшиеся в ОС, проявляли более низкий уровень тревожности по сравнению с другими группами крыс. В зрелом возрасте условия содержания животных изменяли на противоположные и тестировали повторно в ОП. Поведение при новых условиях содержания соответствовало больше этим новым условиям, т.е. крысы группы ОС, ранее содержавшиеся в СИ, теперь стали больше проявлять эффекты ОС, нежели эффекты СИ (Mora-Callegos, Fornaguera, 2019). Совместное применение хендлинга (в данном контексте, как о приручении к рукам для снятия тревожности, но не как domestication) и ОС, и хендлинга и СИ оказывало противоположное влияние на одиночные эффекты ОС и СИ в ПКЛ и ОП (Pritchard et al., 2013). Так, начиная с 21-го дня до зрелого возраста СИ усиливала уровень тревожности по времени, проводимого крысами в открытых рукавах лабиринта; ОС с того же времени и до того же возраста уменьшала тревожность крыс. Прибавление же к условиям ОС коротких эпизодов ежедневного хендлинга в течение четырех дней увеличивало уровень тревожности у крыс группы ОС и маргинально уменьшало его у крыс группы СИ (Pritchard et al., 2013). Справедливости ради надо сказать, что ОС не всегда вызывала анксиолитические эффекты (Mileva, Bielajew, 2015; Yildirim et al., 2012), а в ряде случаев приводила даже к увеличению тревожности (Pietropaolo et al., 2006). В наших опытах (Павлова и др. 2021) у контрольных крыс ОС не оказывала существенного влияния на уровень тревожности, но вызывала слабое увеличение двигательной активности и исследовательского поведения. У самцов ЛПС-групп указанных изменений под влиянием ОС не наблюдалось, а у самок в открытом поле неожиданно увеличивался уровень тревожности. Похоже, что ОС подействовала на самок ЛПС-группы как стрессирующий фактор, сходный с эффектом СИ. В большинстве работ по исследованию влияний ОС на поведение животные помещались в обогащенную обстановку для постоянного проживания, в нашей же работе крысы пребывали в ОС только по 20 мин и через день, что по-видимому, дало более слабый эффект, и влияние на тревожность не выявилось даже у контрольных групп. Тем не менее воздействие все же проявилось, поскольку у животных всех групп, содержащихся в ОС, вес был больше, чем у крыс в стандартных условиях, что, возможно, было связано с увеличением мышечной массы. Положительное влияние на негативные последствия СИ оказывает ресоциализация животных, но не на все отрицательные действия СИ. Особенно стойкой оказывается агрессивность, вызванная СИ, хотя дефицит социального общения под влиянием ресоциализации возвращается к нормальному уровню (Tulogdi et al., 2014).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, эксперименты на животных показывают, что социальная изоляция является сильным стрессором, а интенсивность его влияния зависит от многих факторов, особенно от продолжительности изоляции и периода жизни, в течение которого она действует. Наиболее чувствительным к социальной изоляции является ранний подростковый период, когда еще не завершено формирование основных структур и функций, включая те, которые имеют прямое отношение к системе стресса, иммунным и нейровоспалительным реакциям, гормонам, нейротрансмиттерам, внутриклеточным биохимическим процессам. Социальное общение и взаимодействие между сверстниками способствуют развитию нормального онтогенеза и адекватного поведения в зрелом возрасте, а отсутствие такого взаимодействия помимо абортивного развития соответствующих структур и функций приводит к абнормальному поведению, которое в своих крайних формах проявляется в виде тревожно-депрессивных расстройств, агрессивности, потери памяти и других психических отклонений. Но и в зрелом возрасте СИ оказывает отрицательные последствия, а в старческом возрасте просто укорачивает жизнь.

Развитие тревожно-депрессивных расстройств под влиянием социальной изоляции мало чем отличается от подобных расстройств, вызываемых другими стрессами (Григорьян и др., 2014). Рассогласование начинается с нарушения работы ГГНС. Конкретно, на уровне этой системы происходит усиление синтеза и выброса ГВК, АКТГ, кортикостерона и ослабление обратной отрицательной связи от влияния кортикостерона на нейроны паравентрикулярного ядра гипоталамуса. Вместе с этим в мозге запускается нейровоспалительный процесс, связанный с усиленным образованием и гиперфункцией провоспалительных цитокинов, IL-1, IL-6, TNFα и других молекул. Цитокины стимулируют образование хинолиновой кислоты из триптофана. Вместе с реактивными формами азота и кислорода хинолиновая кислота способствует развитию окислительного стресса. Окислительный стресс ведет к дисрегуляции антиокислительных энзимов – цитозольной медноцинковой супероксидной дисмутазы CuZnSOD и митохондриальной марганцево-супероксидной дисмутазы (MnSOD), оба фермента катализируют переход супероксидного аниона (O₂ –) в кислород и перекись водорода (H₂O₂). Последние теряют токсичность благодаря активности энзимов каталазы (КАТ) и глутатионовой пероксидазы (GPx). Увеличение уровня КОРТ во время хронического стресса уменьшает активность антиокислительных энзимов в мозге крыс. Одновременно увеличивается внеклеточное высвобождение глутамата, ослабляется его обратный захват и резко усиливается активность НМДА-рецепторов. В конечном счете все это приводит к развитию токсического перевозбуждения, апоптозу, демиелинизации и гибели клеток. Свою лепту в развитие патологического процесса вносит также нитрозирующий стресс. Оверэкспрессия оксида азота NO в результате повышенной активности ядерной nNOS и индуцируемой iNOS синтаз в период стресса вызывает повышенную активность глутаматных рецепторов. Дополнительно, селективная активация микроглии под влиянием хронического стресса ведет к высвобождению высоких концентраций оксида азота, провоцируя нитрозирующий стресс. Параллельно происходит уменьшение количества и снижение функции трофических факторов, и прежде всего BDNF. Вместе с недостаточной нейротрофической функцией факторов роста существенно ослабляется нейрогенез. Дефицит BDNF и ослабленный нейрогенез облегчают гибель клеток гиппокампа. При этом вызываются типические пластические перестройки в виде уменьшения выраженности шипикового аппарата, длины, ветвления и выраженности дендритного дерева и уменьшения объема гиппокампа.

Под влиянием социальной изоляции обнаруживаются существенные половые различия в поведении и биохимических маркерах. Они обусловлены неоднозначной сенситизацией нейровоспалительной системы в ответ на ранний (первичный) стресс у самцов и самок. После стресса у самцов усиливается активация микроглии in vivo и потенцируются реакции микроглии ex vivo на повторный стресс. У самок микроглия не приводит к эффекту сенситизации. Есть предположение, что иммунная система самок может выполнять функцию буфера для смягчения реакций на повторный стресс через активацию противовоспалительных путей. Важную роль в половых различиях под влиянием социальной изоляции играют половые гормоны и возраст, во время которого осуществляется СИ. Комбинирование социальной изоляции с другими стрессами приводит как к усилению, так и ослаблению влияния одного стресса на другой. Эти различия в действии совместных стрессов объясняются особенностями вида и линий животных, влиянием стрессов на разные звенья патогенеза тревожно-депрессивных расстройств или на одни и те же звенья, но противоположным образом.

Факторы, которые позволяют смягчать отрицательные последствия социальной изоляции и влияние других стрессов, следуют из целостной функциональной системы организации поведения (Григорьян, 2005). Поскольку в основе тревожно-депрессивных расстройств лежит дисрегуляция этой системы, центральным звеном которой является аппарат памяти, то коррекция поведения (памяти), а следовательно, и минимизация расстройств достигаются нормализацией работы функциональной системы. Для этого необходимы: во-первых, достаточный приток информации из внешнего мира с помощью обогащения окружающей среды разными стимулами и предметами, во-вторых, усиление мотивированности поведения животного благодаря исследовательской активности (новизна), игрового поведения (социальные контакты) и других форм социального взаимодействия. Немаловажное значение имеет двигательная активность животного. Действия не только поддерживают тонус организма на высоком уровне, но и способствуют решению задач, приводящих к полезному приспособительному результату и положительным эмоциям. В опытах на животных для обеспечения двигательной активности используют физические тренировки (бег в колесе, плавание и др.), всевозможные предметы в клетках (лесенки, картонные коробки и т.д.), облегчающие и мотивирующие движения. В работе мы привели несколько примеров смягчающих влияний некоторых из перечисленных факторов на негативные эффекты социальной изоляции.

В заключение хотелось бы отметить, что мы еще мало знаем, как стрессы разной природы, особенно в раннем возрасте, действуют на нормально развивающиеся структуры и функции мозга, модифицируют и трансформируют их работу в патологические процессы разной направленности – от тревожно-депрессивных расстройств, шизофрении, аутизма, до болезни Альцгеймера и Паркинсона. Хотя в целом во всех этих случаях затрагиваются одни и те же механизмы, есть причины, которые направляют эти механизмы на развитие конкретных и специфических патологий. Среди этих причин тип стресса, видимо, играет не последнюю роль. В частности, лишение материнского ухода ведет к нарушению таких поведенческих реакций (латентное торможение, предымпульсное торможение), которые типичны для проявления у больных шизофренией. Депрессия, агрессивность, болезнь Альцгеймера больше ассоциируются с влиянием социальной изоляции. Известно, что в основе патогенеза многих заболеваний, вызванных ранним стрессом, лежат нарушение нормальной работы ГГНС и развитие нейровоспалительного процесса. Многокрасочная картина этого процесса, с участием десятков провоспалительных и противовоспалительных интерлейкинов, вместе со специфическими особенностями работы иммунной, гормональной, нейрохимической и других систем в каждом конкретном случае, обеспечивают канализацию патологического процесса в специфическое заболевание. Настоящее время – это время кропотливого сбора информации о специфике конкретной патологии взрослого организма, навязанной ранним стрессом, и серьезные аналитические исследования полученного материала. Мы пока еще только в начале этого пути, но можно надеяться, что будущие исследования дадут ответы на многие вопросы, которые сегодня пока еще остаются вопросами.

Работа поддержана грантом РФФИ (проект ЭКСПАНСИЯ № 20-115-50032).

Acknowledgments: The reported study was funded by RFBR, project number № 20-115-50032.