Иммунокомпетентные клетки и регуляция поведения у животных

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИММУНОЛОГИИ

УДК: [612.017.1 : 576.3]: 159.929

Е.В. Маркова, В.В. Абрамов, В.А. Козлов

ИММУНОКОМПЕТЕНТНЫЕ КЛЕТКИ И РЕГУЛЯЦИЯ ПОВЕДЕНИЯ У ЖИВОТНЫХ

ГУ НИИ клинической иммунологии СО РАМН, Новосибирск

В настоящем исследовании показано, что иммунокомпетентные клетки мышей — доноров (СВА х С57В1/6)Р1, характеризующихся определенными параметрами поведения в тесте «открытое поле», способны после внутривенного введения направленно изменять такое поведение у сингенных мышей — реципиентов. Указанные изменения параметров ориентировочно-исследовательского поведения вследствие трансплантации иммунокомпетентных клеток сопровождаются определенными изменениями уровня мРНК цитокинов ИЛ-10 и рецептора ИЛ-1 первого типа в клетках головного мозга мышей — реципиентов. Таким образом, нами показана возможность направленной регуляции ориентировочно-исследовательского поведения у мышей трансплантацией иммунокомпетентных клеток; причем существенную роль в указанном феномене играют клетки системы мононуклеарных фагоцитов.

Ключевые слова: иммунокомпетентные клетки, ориентировочно-исследовательское поведение, головной мозг, цитокины

В последние годы появляется все больше данных о взаимном регулирующем влиянии иммунной и нейроэндокринной систем. Так, получили реальное развитие исследования афферентной организации их взаимодействия, изучение механизмов ответа мозга на активацию иммунной системы, участия иммуногенных факторов в регуляции нормальных физиологических функций. Существование интеграционных взаимоотношений указанных систем, клеточные элементы которых характеризуются выраженным фенотипическим и функциональным сходством, подразумевает, в частности, возможность участия иммунокомпетентных клеток в регуляции процессов высшей нервной деятельности. Тем не менее именно этот аспект интеграции указанных систем остается одним из наименее изученных.

В связи с этим целью настоящей работы явилось изучение роли иммунокомпетентных клеток в регуляции ориентировочно-исследовательского поведения у животных: установление способности спленоцитов мышей — доноров, характеризующихся определенными параметрами поведения, направленно изменять таковые у сингенных мышей — реципиентов.

Методика

Работа выполнена на 160 мышах-самцах (СВАхС57В1/6)Р1 в возрасте трех месяцев, полученных из питомника лабораторных животных Института фармакологии СО РАМН (г. Томск).

Эксперименты проводились в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к приказу Министерства здравоохранения СССР от 12.08.1977 г. № 755). Животных содержали в условиях лабораторного вивария в клетках по 10 особей в каждой, не менее двух недель до начала эксперимента на стандартной диете, при свободном доступе к воде и нормальном световом режиме.

Ориентировочно-исследовательское поведение мышей оценивали в тесте «открытое поле» [1]. Для этого использовалась большая прямоугольная камера (100x100 см., 100 квадратов) с пластмассовыми стенками высотой 40 см. Освещение обеспечивалось бестеневой лампой мощностью 100 вт, расположенной на высоте 100 см. над центром поля. Животное помещалось в угол камеры, регистрировалась его ежеминутная активность в течение 5 минут. Подсчитывалось число пересеченных центральных и периферических квадратов, число вертикальных стоек (свободных и с опорой на стенку поля), суммарная двигательная активность. С целью определения степени эмоционального напряжения регистрировалось число фекальных болюсов. Все эксперименты проводились в период с 10 до 15 часов. По характеру поведения в «открытом поле» мыши (СВА х С57В1/ 6)Б1 достоверно разделяются на три группы: с высоким, средним и низким УИП [2, 3, 14].

оноров в тесте * пове-фовоч-клеток іептора «, нами 'О пове-э роль в

поведе-

гвии С ванием ;ение к СССР жали в IX по 10 начала свобод-м режи-

поведе-эле»[1]. юуголь-с плас-зещение цностью над цен-камеры,

'ИВНОСТЬ

ло пере-их квад-цных и с ательная и эмоци-сь число проводи-стеру по-хС57В1/ руппы: с .4].

Иммуиокомпетентные клетки для трансплантации выделяли из суспензии спленоцитов мышей — доноров с высоким и низким УИП адгезией на пластике в течение двух часов при температуре 37 °С, предварительно удалив эритроциты методом гемолитического шока. Затем, после 2 -кратного отмывания, оставшиеся клетки снимали с пластика специальным шпателем Cell Scraper (Becton Dickinson) в пробирку. Полученная суспензия на 86-92% состояла из клеток системы мононуклеарных фагоцитов. Жизнеспособность клеток оценивалась по включению трипанового синего и составляла 93-95%.

Далее клетки (8х 10е в 0,2 мл среды RPMI-1640) доноров с высоким УИП внутривенно вводили реципиентам с низким УИП, и наоборот, клетки доноров с низким УИП вводили реципиентам с высоким УИП с последующим тестированием параметров ориентировочно-исследовательского поведения и экспрессии генов НИТОКинов в головном мозге реципиентов на 5-е сутки после трансплантации. Для трансплантации применялась также и неразделенная суспензия спленоцитов в концентрации 20* Ю6 на одно животное. Контролем в каждой опытной группе служили мыши, которым трансплантация проводилась в аналогичных условиях эксперимента, за исключением того, что доноры и реципиенты характеризовались идентичным УИП.

Уровень мРНК ИЛ-1р и рецептора интерлейкина-1 первого типа (ИЛ-1Р) в головном мозге мышей определяли методом обратнотранскрип-тазной полимеразной цепной реакции (ПЦР). Суммарную РНК выделяли по методу, описанному Chomczynsky P., Sacchi N. [12]; реакции ревертирования и амплификации проводили методом, описанным Allen R.D. с соавторами [10]. Праймеры к ИЛ-ip, рецептору ИЛ-1 первого типа (ИЛ-IP) и (3-актину (последний использовался для стандартизации и выравнивания результатов анализа исследуемых образцов ДНК) для ПЦР были синтезированы согласно структуре, описанной вышеуказанными авторами [10]. Продукты ПЦР визуализировали в денситометре

(Pharmacia-LKB); для полуколичественной оценки результатов использовали программу Image Master VDS Software (USA). Результаты выражались в условных (относительных) единицах оптической плотности.

Статистическую обработку результатов проводили с применением t-критерия Стьюдента и парного критерия Манна-Уитни (компьютерные программы «Jandel Sigma Plot», «Statistica»). Результаты представлены в виде M±SD. Различия считали достоверными при р<0,05.

Результаты исследования

Нами показано, что функциональная активность иммунной системы, и в частности ее клеточных элементов, связана с уровнем ориентировочно-исследовательского поведения (УИП), одного из важнейших типов поведения, обеспечивающего животных информацией об окружающей среде и являющегося существенным психологическим механизмом адаптации высших позвоночных [2, 3, 5, 6, 7, 9, 14]. При этом параметры данной поведенческой реакции могут быть направленно изменены путем трансплантации иммунокомпетентных клеток. Так, внутривенное введение суспензии спленоцитов, выделенных у мышей, характеризующихся низкими параметрами ориентировочно-исследовательского поведения в «открытом поле», сингенным животным с высоким уровнем указанной поведенческой реакции сопровождается достоверным снижением всех параметров ориентировочно-исследовательского поведения у реципиентов. В случае, если донорами служили мыши с высоким УИП, а реципиентами — с низким УИП, наблюдалась обратная реакция; а именно — повышение УИП реципиентов [8, 9]. Аналогичные результаты были получены нами при трансплантации прилипающей к пластику фракции спленоцитов, на 86-92% состоявшей из клеток системы мононуклеарных фагоцитов (Таблица 1), что свидетельствует о существенной роли последних в механизмах продемонстрированного феномена направленной регуляции ориентировочно-исследовательского поведения. При трансплантации иммунокомпе-

Таблица 1

Параметры ориентировочно-исследовательского поведения мышей — реципиентов вследствие трансплантации прилипающей к пластику фракции спленоцитов

Группы реципиентов Горизонтальная двигательная активность Вертикальная двигательная активность

Периферическая Центральная Суммарная Свободная С опорой на стенку Суммарная

Контроль 1 (п=50) 188,1+33,7 24,3±6,4 212,4+35,3 4,4+3,4 11,4±6,6 15,9±9,2

Опыт 1 (п = 50) 93,9±26,5** 6,6+5,7** 100,6±29,9** 2,4+1,0* 6,1 ± 1,8* 8,4+1,8*

Контроль 2 (п=30) 12,7±5,8 0,0±0,0 12,7+5,8 0,0+0,0 0,27±0,7 0,27±0,7

Опыт 2 (и = 30) 67,7±27,9** 3,2+2,8** 70,9±29,9** 0,9+0,8** 4,1+4,0** 4,96+5,0**

Примечание: контроль 1 — доноры и реципиенты с высоким УИП; опыт 1 — доноры с низким УИП, реципиенты с высоким УИП; контроль 2 — доноры и реципиенты с низким УИП; опыт 2 — доноры с высоким УЙП, реципиенты с низким УИП; * — р < 0,05; * * — р < 0,01 между контрольными и опытными группами животных.

тентных клеток наблюдались также разнонаправленные изменения степени эмоционального напряжения мышей-реципиентов, регистрируемой но числу фекальных болюсов: снижение у реци-пиеитовс исходно низким УИП (4,7± 1,4 и 2,5±1,6 в контрольной и опытной группах животных соответственно; р<0,05) и повышение у реципиентов с исходно высоким УИП (0,5±0,8 и 3,6±1,4; р < 0,05).

В контрольных группах животных, где доноры и реципиенты характеризовались идентичным УМ Г1, параметры ориентировочно-исследовательского поведения при трансплантации указанных иммунокомпетентиых клеток достоверно не изменялись (Таблица 1).

Как известно, клетки мозга (нервные и глиальные), подобно клеткам иммунной системы, несут на мембране рецепторы цитокииов, причем продукция некоторых цитокииов, в частности ИЛ-1Р, рецептора ИЛ-1 первого типа (рИЛ-1). ФМОа, рецептора эритропоэтина в структурах головного мозга наблюдается не только в результате активации иммунной системы, но и у животных без патологических проявлений [4, 13, 15]. Следовательно, имеет место базовый уровень секреции цитокииов и их рецепторов в мозге, что позволяет предположить их участие в реализации нормальных физиологических функций, в частности в регуляции процессов высшей нервной деятельности. Подтверждением этому мо-

гут служить полученные нами ранее экспериментальные данные о различном уровне экспрессии генов ИЛ-1р и ИЛ-1Р клетками головного мозга у мышей (СВА х С57В1/6)Р1 с различным УИП [3, 9|. Более того, указанные выше изменения параметров поведения животных при трансплантации иммунокомпетентиых клеток сопровождаются также и определенными изменениями уровня мРМК ИЛ-1р и ИЛ-1 Р в клетках головного мозга мышей — реципиентов. Так, при снижении УИП реципиентов наблюдается повышение уровня мРНК ИЛ-1р и снижение уровня мРИК ИЛ-1Р (Рис. 1-А), п наоборот, возрастание УИП реципиентов сопровождается снижением уровня мРНК ИЛ-1р н повышением уровня мРНК ИЛ-1Р (Рис. 1-Б).

Заключение

Таким образом, в настоящем исследовании показано, что иммупокомпетентные клетки способны направленно влиять на уровень ориентировочно-исследовательского поведения у животных. Г1рн этом иммунокомпетентные клетки индивидуумов, характеризующихся различным поведенческим статусом, находятся в различном функциональном состоянии, подтверждением чему служат экспериментальные данные о различной спонтанной и митогеннндуцированной пролиферативной активности спленоцитов мышей с различным уровнем исследовательского поведения [3,111. Показано также существование

120

100-

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

Б

1 I 1 2

Рис. I. Уровень мРПК ИЛ-1/1 и рецептора ИЛ-1 первого типа в клетках головного мозга мышей-реципиентов с различным исходным УИП в тесте «открытое поле » вследствие трансплантации прилипающей к пластику фракции спленоцитов.

Л — доноры с низким УИП, реципиенты с высоким УИП;

Б — доноры с высоким УИП, реципиенты с низким УИП.

По оси ординат — единицы оптической плотности; по оси абсцисс — ген ИЛ-1/1 (1), ген рецептора ИЛ-1 первого типа (2).

Светлые столбики — контрольная группа животных (доноры и реципиенты с одинаковым УИП); темные столбики - опытная группа животных (доноры и реципиенты с различным УИП).

* — р< 0,05; ** — р< 0,01 между контрольными и опытными группами животных

имен-ессии мозга УИП ш па-тнта-дают-ровня мозга УИП ровня Ш-1Р ципи-iPHK 1Л-1Р

вании { спо-

[ЄНТИ-

г жилетки

[ЧНЫМ

1ЧНОМ

ением э раз-анной в мылкого івание

їй

емные

прямой зависимости между уровнем ориенти-ровочно-исследовательского поведения и выраженностью клеточных иммунных реакций у различных видов животных [2, 5, 11, 14], равно как и зависимость модуляции данной поведенческой реакции при развитии иммунного ответа от исходного поведенческого статуса животных [6, 7].

Иными словами, в организме, характеризующемся определенными особенностями поведения, могут существовать двунаправленные и взаимозависимые отношения между иммунокомпетент-ными клетками и центральной нервной системой. При этом как ЦНС может определять функциональное состояние клеток иммунной системы, так и указанные клетки способны определять особенности поведения животных.

IMMUNE CELLS AND REGULATION OF BEHAVIOR IN ANIMALS

E.V. Markova, V.V. Abramov, V.A. Kozlov

It was shown that immune cells from donor

- mice (CBA x C57B1/6)F1 with definite behavior characteristics capable after intravenous introduction change such behavior in singeing recipients. The changes in the level of the exploratory behavior caused by the immune cell transplantation are accompanied by the definite changes in the brain mRNA levels of IL-1(3 and IL-1 receptor type I. These results indicate the possibility of the direct regulation of exploratory behavior in mice by immune cell transplantation; macrophages play an essential role in this process.

Литература

1. Буреш Я. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения / Я. Буреш, О. Бурешова, Д.П. Хьюстон. - М., 1991. - 399 с.

2. Иммунологические параметры у мышей с различным поведением в тесте «открытого поля» / Е.В. Маркова, Н.Ю. Громыхина, В.В. Абрамов, В.А. Козлов // Иммунология. — 2000. — № 3. — С. 15-18.

3. Иммуноморфологические особенности животных с разным уровнем ориентировочно-исследовательского поведения / Е.В. Маркова, Т.Г. Чернова, П.Н., Филимонов и др. // Бюлл. экспер. биол. и мед. — 2004. -Т. 138. -№10. -С. 466-469.

4. Клименко В.М. Цитокины и поведение / В.М. Клименко // Вестник Росс, военно-мед. акад. — 1999.

- № 2. - С. 53-57.

5. Маркова Е.В. Показатели активности клеточного звена иммунного ответа крыс ВИСТАР и OXYS и особенности их поведения в тесте «открытого поля» / Е.В. Маркова, JI.A. Обухова, Н.Г. Колосова // Бюлл. экспер. биол. и мед. - 2003. - Т. 136. - № 12. - С, 667-669.

6. Модуляция исследовательского поведения у мышей при активации клеточного звена иммунного ответа. / Е.В. Маркова, Н.А. Короткова, И. А. Гольдина и др. // Бюлл. экспер. биол. и мед. — 2001. — Т. 132. — № 10.

- С. 424-426.

7. Модуляция ориентировочно-исследовательского поведения у мышей в процессе развития гуморального иммунного ответа / Е.В. Маркова, А.Ф. Повещен-ко, Н.А. Короткова и др. // Бюлл. экспер. биол. и мед.

- 2002. - Т. 133. - № 5. - С. 534-536.

8. Модуляция ориентировочно-исследовательского поведения мышей (СВАх C57BL/6)F1 иммунокомпе-тентными клетками / В.В. Абрамов, Е.В. Маркова, Н.А. Короткова, В.А. Козлов // Бюлл. экспер. биол. и мед.

- 2002. - Т. 134. - № 9. - С. 319-321.

9. Основы нейроиммунологии / В.В. Абрамов, Т.Я. Абрамова, И.А. Гонтова, В.А. Козлов. — М., 2004. — 100 с.

10. Allen R.D. Differential cytokine expression in acute and chronic murine graft-versus-host-diseases / R.D. Allen, T.A. Staley, C.L. Sidman // Eur. J. Immunol. — 1993.

- Vol. 23. - P. 333-337.

11. Behavioral characterization of mous model of premature immunosenescence / M.P. Viveros, B. Fernandes, N. Guayerbas, M. Fluente // J. Neuroimmunology. — 2001.

- Vol. 144. — P. 80-88.

12. Chomczynsky P. Single-stop method of RNA isolation by acid guanidinum-phenol-chloroform extraction / P. Chomczynsky, N. Sacchi // Analyt. Biochem. — 1987.

- Vol. 162. — P. 156-159.

13. DantzerR. Cytokine-induced sickness behaviour; a neuroimmune response to activation of innate immunity / R. Dantzer // Eur. J. Pharmacol. — 2004. — Vol. 500. — № 1-3.-P. 399-411.

14. The peculiarities of the immune status in mice with different level of behavioral reaction / E.V. Markova, N.Yu. Gromykhina, V.V. Abramov, V.A. Kozlov // Russ. J. Immunol. - 2000. - Vol. 5. - №. 1. - P. 89-95.

15. Tunin N.P. Cytokine-cytokine interaction and the brain /N.P. Turrin, C.R. Plata-Salaman // Brain Res. Bull.

- 2000. - Vol. 51. - №1. - P. 3-9.