Введение к работе
Актуальность проблемы
Одним из перспективных научных направлений, интенсивно развивающихся в мире, является иммунофизиология, рассматривающая процессы взаимодействия нервной и иммунной системы. Особое внимание уделяется роли гипоталамуса в нейроиммунных взаимодействиях, что обуславливается его функциональными особенностями. Как известно, гипоталамус представляет собой центр регуляции многих вегетативных функций, таких как терморегуляция, водно-солевой обмен, пищевое поведение, цикл сон/бодрствование, функций иммунной системы. К настоящему времени открыто и изучено большое количество гипоталамических нейропептидов, принимающих участие в регуляции вегетативных функций организма. Одними из этих нейропептидов являются орексины.
Орексины А и В — нейропептиды, открытые в 1998 году, синтез которых осуществляется небольшой популяцией гипоталамических нейронов от общего пептида-предшественника препроорексина. Орексин-содержащие нейроны участвуют в регуляции различных физиологических процессов (поддержания энергетического баланса, регуляции состояния сна и бодрствования, пищевого поведения, ответных реакций на стресс и восприятие боли) (Beukmann C. et al, 2002; Espana R.A. et al, 2001; Ida T. et al, 1999; Dube M.G. et al, 1999; Ida T. et al., 2000; S. Watanabe et al, 2005; Swanson L.W. et al, 2005).
Основное количество орексин-содержащих нейронов мозга локализовано в перифорникальной зоне латеральной гипоталамической области (Peyron C., 1998). Аксоны этих нейронов достигают различных отделов головного и спинного мозга. Высокая плотность распределения отростков орексин-содержащих нейронов выявлена в гипоталамических структурах (Peyron C., 1998), вовлеченных в регуляцию функций иммунного ответа (переднее гипоталамическое ядро, заднее гипоталамическое поле, латеральная гипоталамическая область и вентро-медиальное гипоталамическое ядро) (Корнева Е.А., Хай Л.М., 1963; Лесников В.А., 1993; Shanin SN et al, 2005; Wenner M. et al, 2000). В этих же структурах локализованы нейроны, имеющие рецепторы к орексину (Hervieu G.J. et al, 2001; Trevedi P., 1998; Taheri S. et al, 1999). Рецепторы к орексину или их мРНК обнаружены и на клетках различных тканей, участвующих в реализации иммунного ответа (клетки селезенки, надпочечников, печени, стволовые клетки фенотипа CD34+) (Randeva H.S. et al, 2001; Zhang S. et al, 2005; Steidl U., 2004).
Установленные к настоящему времени многочисленные факты могут свидетельствовать в пользу возможного участия системы орексин-содержащих нейронов и самого орексина в регуляции функций иммунной системы. Наличие нейро-иммунных взаимодействий не вызывает сомнений, однако механизмы их до сих пор остаются не до конца раскрытыми и нуждаются в дальнейших исследованиях. Известно, что нейроны LHA участвуют в регуляции функций иммунной системы, например, электростимуляция этой области гипоталамуса, где и локализованы орексин-содержащие нейроны, усиливает цитотоксическую активность NK клеток селезенки (Wrona D., 2003; Wenner M. et al, 2000). Нейроны латеральной гипоталамической области также связаны полисинаптически с нейронами, иннервирующими селезенку (Cano G., 2001; Denes A., 2001) и красный костный мозг (Denes A. et al, 2005). Необходимо подчеркнуть, что переднее гипоталамическое ядро, заднее гипоталамическое поле и латеральная гипоталамическая область активируются в первые часы после введения антигенов различной природы, таких как липополисахарид (ЛПС) (Elmquist J.K. et al, 1996; Gaykema R.P.H. et al, 1999; Yi-Hong et al, 2000), столбнячный анатоксин (Корнева ЕА и др., 2001), стафилококковый энтеротоксин В (Gaykema R.P.H. et al, 1998; Goehler L.E. et al, 2001).
Хотя перечисленные факты свидетельствуют в пользу возможного участия орексин-содержащих нейронов и самого орексина в механизмах реализации взаимодействия нервной и иммунной систем, однако прямых доказательств в современной литературе пока не существует. Изучение паттерна активации гипоталамических структур, а также исследование динамики распределения орексин-содежащих нейронов гипоталамуса в первые часы после антигенного воздействия представляется важным этапом для расшифровки этих механизмов на ранней стадии формирования иммунного ответа. Определение уровня экспрессии гена препроорексина в клетках гипоталамуса позволяет проанализировать молекулярные механизмы формирования ответа орексин-содержащих нейронов, вовлекающихся в реакции ЦНС на антигенный стимул.
Цель и задачи исследования
Целью данного исследования явилось изучение реакций орексинэргических нейронов гипоталамуса крыс на введение антигена липополисахарида в различных дозах.
Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи:
-
Исследовать степень активации клеток и структур гипоталамуса (по выявлению c-Fos белка) через 2 часа после внутривенного введения липополисахарида в дозах 25 и 500 мкг/кг веса животного.
-
Исследовать морфо-функциональные характеристики орексин-содержащих нейронов гипоталамуса крыс через 2, 4 и 6 часов после внутривенного введения липополисахарида в дозах 25 и 500 мкг/кг веса животного.
-
Исследовать уровень экспрессии гена препроорексина в клетках гипоталамических структур крыс через 2, 4 и 6 часов после внутривенного введения липополисахарида в дозе 25 и 500 мкг/кг веса животного.
Научная новизна работы
Впервые получены данные о степени активации гипоталамических структур в ответ на введение антигена липополисахарида в различных дозах (несептической и субсептической). Показано участие орексин-содержащих нейронов в ответных реакциях ЦНС на антигенное воздействие, а также выявлен дозозависимый характер динамики изменений их морфо-функциональных характеристик. Впервые проведен сравнительный анализ изменений уровня экспрессии гена препроорексина и выявление орексина по иммунореактивности орексин-содержащих нейронов гипоталамических структур после введения антигена.
Теоретическая и практическая значимость работы
Полученные в работе данные значимы для раскрытия центральных механизмов нейроиммунных взаимодействий и являются важным этапом в изучении процесса реализации реакции ЦНС на антигенное воздействие, что создает основу для поиска путей коррекции нарушений процессов взаимодействия нервной и иммунной систем.
Результаты работы расширяют и дополняют сложившиеся в настоящее время представления о морфо-функциональных особенностях системы орексинэргичеких нейронов и могут быть использованы в научной практике, связанной с исследованием клеточных и молекулярных механизмов формирования реакций организма на антигенное воздействие, а также могут быть включены в курс преподавания по физиологии, патофизиологии, нейрофизиологии и иммунологии.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Внутривенного введение антигена липополисахарида в дозах 25 и 500 мкг/кг веса животного приводит к активации гипоталамических структур (AHN, PVH, VMH, DMH, LHA, PH), паттерн которой различен, что проявляется индукцией синтеза c-Fos белка в клетках этих структур.
-
Орексин-содержащие нейроны вовлекаются в ответные реакции ЦНС на введение липополисахарида, что проявляется изменением иммунореактивности этих нейронов, а пространственно-временная динамика изменений их морфо-функциональных характеристик зависит от дозы вводимого антигена.
-
Внутривенное введение липополисахарида приводит к активации экспрессии гена препроорексина в клетках гипоталамуса через 2 часа после введения липополисахарида в дозах 25 и 500 мкг/кг веса животного.
Структура и объем работы
Диссертация изложена на 109 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов работы, результатов собственных исследований и их обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы, из них отечественных — 13 и 214 — зарубежных авторов. Работа проиллюстрирована 25 рисунками и 6 таблицами.
Апробация работы
Материалы исследования изложены в 12 публикациях, в том числе представлены на Российских и Международных конференциях: Х Всероссийский научный форум Дни иммунологии в Санкт-Петербурге (Санкт-Петербург, 29 мая – 1 июня 2006); International Symposium Interaction of the nervous and immune systems in health and disease (Saint-Petersburg, 31 May - 2 June 2007); ХХ съезд физиологического общества имени И.П. Павлова (Москва, 4-8 июня 2007); Объединенный иммунологический форум (Санкт-Петербург, 30 июня – 5 июля 2008); Международная конференция Физиология и патология иммунной системы (Москва, 14-17 сентября 2008).
