Исследовано влияние стресса материнского организма, или так называемого пренатального стресса (ПС), на нейроэндокринную регуляцию репродукции и стресс-реактивности потомства крыс. ПС препятствовал формированию полового диморфизма содержания катехоламинов и активности ароматазы и 5а-редуктазы андрогенов в преоптической области мозга и медиобазальном гипоталамусе 10- дневных крыс. Морфологическим эквивалентом функциональных нарушений, индуцированных ПС, явилось нивелирование половых различий объема ядер нейроцитов в супрахиазматическом ядре. У половозрелых пренатально стрессированных самцов и самок изменяется стресси адренергическая реактивность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы. Отдаленные эффекты ПС рассматриваются как проявление нарушений гормон-нейротрансмиттерного импринтинга нейроэндокринной системы.
The effect of maternal stress or so-called prenatal stress (PS) on the neuroendocrine regulation of reproduction and stress reactivity of the progeny was studied. Prenatal stress prevented the formation of sex dimorphism of catecholamine content and aromatase and androgen 5a-reductase activities in the preoptic region of the brain and mediobasal hypothalamus of 10-day-old rats. Leveling of sex-specific differences in the size of the neurocyte nuclei in the suprachiasmatic nucleus was the morphological equivalent of functional disorders induced by PS. Stress and adrenergic reactivity of the hypothalamo-pituitary-adrenal system was changed in prenatally stressed males and females. Remote effects of PS are regarded as a manifestation of disorders in the hormone neurotransmitter imprinting of the neuroendocrine system.
Ранние стрессовые воздействия, а также гормонально-нейротрансмиттерный дисбаланс вызывают необратимые отдаленные изменения нейроэндокринной регуляции поведения, репродукции и эндокринной адаптации. Стрессирование самок крыс в течение последней недели беременности способно индуцировать у взрослых потомков мужского пола усиление агрессивного поведения, биили гомосексуальное поведение, а также измене[1] ние адренокортикальной реакции на острый стресс [16—18]. У плодов женского пола развивающийся мозг менее чувствителен к стрессу материнского организма. Тем не менее у взрослых самок также отмечены некоторые изменения, которые выражаются в усилении агрессивного поведения и нарушении половой цикличности [
По данным литературы, морфологическим и биохимическим проявлением модифицированной нейроэндокринной регуляции репродукции и гормональной адаптации у взрослых пренатально стрессированных самцов является изменение плотности распределения глюкокортикоидных рецепторов гиппокампа, оборота катехоламинов в головном мозге, адренергической реактивности, а также размеров так называемых секс-диморфных ядер в преоптической области (ПО) мозга [3, 9, 11 — 14]. Вместе с тем фундаментальные нейробиологические механизмы, обусловливающие возникновение этих нарушений, остаются невыясненными.
В последние годы мы изучали влияние стресса материнского организма, условно именуемого пренатальным стрессом (ПС), на формирование зависимых от половой принадлежности особенностей моноаминергической системы мозга и метаболизма андрогенов в нейроэндокринных структурах, регуляторных механизмов секреции гонадотропинов, а также стресс-реактивности гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы (ГГНС) у потомков крыс.
Известно, что индуцированное тестостероном развитие мужского типа нейроэндокринной регуляции секреции гонадотропинов ассоциировано с уменьшением количества рецепторов эстрогенов в мозге и снижением адренергической реактивности, что в свою очередь приводит к снижению чувствительности нервного центра овуляции к эстрогенам |1]. В наших предыдущих исследованиях была установлена важная роль катехоламинов и эстрогенных метаболитов тестостерона, синтезируемых в гипоталамусе, как детерминант андрогензависимой нейрональной дифференциации в раннем онтогенезе крыс. Можно предположить, что влияние ПС на формирование половых различий нейроэндокринных функций у потомков также опосредовано изменениями метаболизма стероидов и моноаминергической системы в развивающемся мозге. Данная работа посвящена выяснению этого вопроса.
Исследования выполнены на крысах линии Вистар 10-дневного и 3-месячного возраста, рожденных самками, которых в течение последней недели беременности (с 15-го по 21-й день) ежедневно подвергали иммобилизации в течение 1 ч. Контрольные группы представлены потомками интактных животных.
Содержание катехоламинов в ПО и медиобазальном гипоталамусе (МБГ) 10-дневных крыс определяли спектрофлуориметрическим методом [
Стресс-реактивность ГГНС изучали у интактных и пренатально стрессированных самцов и самок в стадии диэструса, подвергавшихся иммобилизации в течение 1 ч. Животных декапитировали немедленно после окончания острого стресса. В гипоталамусе определяли содержание норадреналина (НА) и дофамина (ДА). Уровень кортикостерона в плазме крови измеряли спектрофлуориметрическим микрометодом [
Адренергическую реактивность ГГНС изучали на ненаркотизированных, свободно передвигавшихся в клетке животных. В III желудочек мозга через направляющую стальную канюлю, установленную под стереотаксическим контролем за 8—9 сут до основного эксперимента [
Статистическую обработку результатов исследований проводили с использованием критериев t Стьюдента и U Вилкоксона—Манна—Уитни.
Ранние постнатальные нейроэндокринные эффекты ПС. У интактных 10-дневных крыс отмечены половые различия содержания НА, АА и 5а-редуктазной активности в ПО (табл. 1). Концентрация НА и 5а-редуктазная активность были более высокими у самок, чем у самцов (соответственно в 1,4 и 2 раза), ароматизация была в 1,5 раза интенсивнее у самцов. В МБГ самцов содержание ДА было на 48,5% выше, чем у самок.
ПС препятствовал появлению половых различий содержания НА и АА в ПО, а также содержания ДА в МБГ. Концентрация НА в ПО пренатально стрессированных самцов 10-дневного возраста повышалась до уровня, характерного для интактных самок, в то время как содержание ДА в МБГ пренатально стрессированных самок возрастало до уровня, наблюдаемого у интактных самцов. Одновременно ПС приводил к появлению полового диморфизма содержания НА и 5а-редуктазной активности в МБГ и вызывал значительное снижение АА в ПО у самцов и ее повышение у самок.
Морфологическим проявлением влияния ПС на половой диморфизм является изменение полового диморфизма нейроцитов в супрахиазматическом ядре (СХЯ) ПО, вовлеченном в регуляцию мужского полового поведения [
Показатель
| Интактные | Пренатально стрессированные | ||
| самки | самцы | самки | самцы |
НА, нмоль/г ткани
ДА, нмоль/г ткани
Ароматаза, пмоль эстрадиола/ч/г ткани 5а-Редуктаза, нмоль 5а-восстановленных метаболитов/ч/г ткани
НА, нмоль/г ткани
ДА, нмоль/г ткани
Ароматаза, пмоль эстрадиола/ч/г ткани 5а-Редуктаза, нмоль 5а-восстановленных метаболитов/ч/г ткани
| ПО | |||
| 4.39 ± 0,56 3,98 ± 0,19 0,404 ± 0,055 | 2,95 ± 0,18* 3,85 ± 0,36 0,616 ± 0,071* | ||
| 14,34 ± 2,24 | 6.16 ± 1.86* | ||
| МБГ | |||
| 1,95 ± 0.15 2.43 ± 0,14 0,289 ± 0.044 | 2,56 ± 0.27*** 4,72 ± 0,75* 0,253 ± 0,040 | ||
| 8,82 ± 2,20 | 8.25 ± 2,23 | ||
| 3,49 ± 0,44 3,05 ± 0,26* 0.423 ± 0,038 | 4,71 ± 0,64** 5.94 ± 1,57 0,385 ± 0,052*’ | ||
| 12,06 ± 1,83 | 18,63 ± 1,97**'*** | ||
| 1,73 ± 0,04 3,26 ± 0,29* 0,313 ± 0,053 | 2.07 ± 0,14*** 3.84 + 0,49* 0,171 ± 0,046 | ||
| 9,91 ± 1.40 | 22,45 ± 3,51* ** *** | ||
Примечание. Звездочки — достоверность (р < 0,05) различий: одна — с интактными самками, две — с интактными самцами, три — с пренатально стрессированными самками.Индуцированные ПС изменения в аркуатном ядре МБГ выразились в умеренном снижении функциональной активности нейроцитов ростральной части ядра, преимущественно у самок (см. рисунок, б). Об этом свидетельствовало уменьшение среднего объема ядер нейроцитов с 406,2 ± 47,4 мкм3 у интактных самок до 287,2 ± 13,4 мкм3 у пренатально стрессированных самок, у которых практически исчезали крупные нейроны с объемом ядра более 550 mkmj (с 20,5 до 1,8% от общего количества нейроцитов).
Отдаленные эффекты ПС. Согласно выдвинутой нами ранее концепции гормон-медиаторного импринтинга нейроэндокринной регуляции репродукции [5, 15], ранняя модификация полового диморфизма моноаминергической системы и метаболизма андрогенов в секс-диморфных областях мозга под влиянием ПС может детерминировать развитие длительных изменений секс-специфических характеристик репродуктивной функции и полового поведения у взрослых животных. Этот вывод подтверждается данными об индуцированном ПС снижении образования 5а-восстановленных метаболитов тестостерона в МБГ самцов 3-месячного возраста (с 10,3 ± 1,87 нмоль 5а-восстановленных метаболитов/ч/г ткани у контрольных до 5,57 ± 0,55 нмоль 5а-восстановленных метаболитов/ч/г ткани у пренатально стрессированных животных; р < 0,05). АА у животных обоего пола и 5а-редуктазная активность у самок в изученных структурах не изменялись. Кариометрические исследования СХЯ выявили изменения, аналогичные тем, которые наблюдались у 10-дневных животных, но еще более выраженные. Объем ядер нейронов СХЯ у интактных самцов составил в среднем 315,4 ± 19,7 мкм3, у самок — 257,4 ± 15,4 мкм3 (р < 0,05), у пренатально стрессированных самцов и самок — 192,3 ± 14,5 и 210,9 ± 11,2 мкм3 соответственно (/? > 0,5).
ПС нарушает состояние катехоламиновой системы головного мозга у взрослых животных. Выявлено повышение уровня ДА в гипоталамусе пренатально стрессированных самцов. При этом концентрация катехоламинов в гипоталамусе пренатально стрессированных самок не изменялась (табл. 2).
Исследование влияния ПС на адренергическую и стресс-реактивность ГГНС у половозрелых крыс показало наличие соответствующих отдаленных
Таблица 2
Содержание катехоламинов в гипоталамусе и уровень кортикостерона в плазме половозрелых прснатально стрессированных самцов и самок крыс после острого иммобилизационного стресса
| Показатель | Интактные | Пренатально стрессированные | ||
| до иммобилизации | после 1 ч иммобилизации | до иммобилизации | после 1 ч иммобилизации | |
| НА, нмоль/г ткани | 8,36 ± 0,36 | Самцы 6,34 ± 0,17* | 8,00 ±0,17 | 7,21 ± 0,59 |
| ДА, нмоль/г ткани | 4,64 ± 0,20 | 4,82 ± 0,15 | 5,37 ± 0,21* | 5,29 ± 0,49 |
| Кортикостерон, нмоль/л | 762,2 ± 20,2 | 1990,9 ± 34.6* | 720,3 ± 24,9 | 1107,6 ± 31,5** |
| НА, нмоль/г ткани | 8,13 ± 1.04 | Самки 6,05 ± 0,35* | 8,41 ± 0,41 | 6,04 ± 0,34** |
| ДА, нмоль/г ткани | 5,04 ± 0,46 | 4,60 ± 0,64 | 5,16 ± 0,50 | 4,16 ± 0.52 |
| Кортикостерон, нмоль/л | 1358.5 ± 302,3 | 2437.1 ± 278,3* | 1879,9 ±321,9 | 3260,5 ± 271,4** |
Примечание. Звездочки — достоверность (р < 0,05) различий: одна — с исходным уровнем до острого стресса, две — после острого стресса.
Влияние введения НА в III желудочек мозга на содержание кортикостерона в плазме крови у пренатально стрессированных половозрелых самцов и самок крыс
| Группа животных | Кортикостерон, нмоль/л | |||
| 0 мин | 30 мин | 60 мин | 90 мин | |
| Самцы | ||||
| Интактные | 327,4 ± 33,1 | 431,0 ± 22,1* | 372,2 ± 44,3 | — |
| Пренатально стрессированные | 410,0 ± 21,4 | 534,3 ± 17,8*’** | 580,0 ± 21,1*-** | - |
| Самки | ||||
| Интактные | 468,4 ± 37,3 | 768,8 ± 93,0* | 639.2 ± 85.7 | 613,3 ± 94,6 |
| Пренатально стрессированные | 513,2 ± 118,8 | 434,3 ± 53,6** | 495,8 ± 62,7 | 457,6 ± 129,9 |
Примечание. Звездочки — достоверность (р < 0,05) различий: одна — с базальным уровнем, две — с соответствующей группой интактных животных.
изменений [3, 17]. Инфузия НА в 111 желудочек мозга сопровождалась активацией ГГНС как у интактных самцов и самок, так и у пренатально стрессированных самцов (табл. 3). Однако в отличие от интактных крыс гормональная реакция на введение НА у самцов, которых подвергали действию ПС, была несколько сильнее и медленнее угасала после первичного подъема, что может быть обусловлено повышением чувствительности адренергических нейронов головного мозга. Пренатально стрессированные самки крыс, находившиеся в фазе диэструса, не отвечали на центральную НА-стимуляцию усилением секреции кортикостерона. В пред-
Частотное распределение объема ядер нейроцитов СХЯ (а) и аркуатного ядра (б) гипоталамуса у интактных (/) и пренатально стрессированных (//) самцов (/) и самок (2) крыс 10-дневного возраста.
По осям ординат — количество нейроцитов; по осям абсцисс — объем ядер (в мкм1). варительных экспериментах нами были получены данные об отсутствии влияния ПС на чувствительность коры надпочечных желез к кортикотропину, что дало нам основание рассматривать результаты исследований с интрацеребральным введением НА как отражение адренергической реактивности гипоталамического звена ГГНС [в печати].
Иммобилизация в течение 1 ч (острый стресс), направленная на выявление резервных возможностей ГГНС, продемонстрировала типичную стрессовую реакцию катехоламинов гипоталамуса половозрелых интактных и пренатально стрессированных самок, которая характеризовалась уменьшением содержания НА в гипоталамусе (см. табл. 2). У пренатально стрессированных самцов стрессовая реакция катехоламинов гипоталамуса отсутствовала. Стресс-реактивность ГГНС, определенная по изменению содержания кортикостерона в плазме, у пренатально стрессированных самок была несколько повышенной, а у самцов — существенно сниженной по сравнению с интактными животными соответствующего пола. Полученные данные дают основание предположить, что эффект ПС на адаптивные реакции ГГНС у крыс реализуется зависимыми от пола механизмами.
Таким образом, ранние постнатальные изменения катехоламиновой системы мозга и метаболизма андрогенов в нейроэндокринных структурах, возникающие вследствие ПС, вовлечены в импринтинговые механизмы и детерминируют отдаленные изменения нейроэндокринной регуляции репродукции и стресс-реактивности ГГНС. Они демонстрируют потенциальную опасность дородового стресса для репродуктивного здоровья и адаптационного потенциала у потомков.
Отдаленные последствия ПС проявляются в изменениях стресси адренергической реактивно-сти ГГНС у взрослых самцов и самок крыс, имеющих диаметрально противоположную направленность. Их можно рассматривать как результат нарушений гормон-нейротрансмиттерного импринтинга нейроэндокринной системы.
[1] Работа выполнена при поддержке Международного научного фонда Дж. Сороса (гранты UAP000 и UAP200).
The authors declare that there are no conflicts of interest present.