Влияние содержания в обогащенной среде на социальное поведение крыс и экспрессию генов, связанных с нейровоспалением

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Целью работы было выяснить, способно ли длительное содержание в условиях обогащенной среды уменьшить негативные последствия раннего провоспалительного стресса в социальном поведении взрослых крыс-самцов. На 3-й и 5-й постнатальные дни (ПНД) крысам Вистар вводили либо липополисахарид в дозе 50 мкг/кг (группа ЛПС), либо физиологический раствор (группа ФИЗ). Начиная с 30-го ПНД и до конца экспериментов одна часть крыс проживала в условиях обогащенной среды (ОС), а другая – в стандартных условиях (СТАНД). Тестирование пар крыс в трубе на социальное доминирование обнаружило при содержании в ОС меньшее число побед у групп ФИЗ и ЛПС, чем у аналогичных групп крыс в СТАНД-условиях. Самцы группы ЛПС в парах ФИЗ-ЛПС переставали выигрывать под воздействием ОС. В тесте «резидент-интрудер» у самцов группы ЛПС при содержании в ОС было ниже число нападений, стоек, число сексуальных атак, время преследования интрудера, а у крыс группы ФИЗ число нападений, наоборот, было больше, чем при содержании в СТАНД-условиях. Анализ экспрессии генов цитокинов показал у крыс ФИЗ-, но не ЛПС-группы, после содержания в ОС по сравнению со СТАНД-условиями большую экспрессию мРНК противовоспалительного цитокина TGF-beta1 в дорзальном гиппокампе, миндалине и провоспалительного цитокина IL-1beta в префронтальной коре. Таким образом, содержание в ОС оказывало благотворное влияние на поведение крыс ЛПС-группы, уменьшая доминантные свойства и агрессивное поведение.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. В. Павлова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: pavlovfml@mail.ru
Россия, Москва

Н. Д. Брошевицкая

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Email: pavlovfml@mail.ru
Россия, Москва

А. М. Швадченко

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Email: pavlovfml@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Брошевицкая Н.Д., Павлова И.В., Зайченко М.И. Ранний провоспалительный стресс влияет на социальное поведение взрослых крыс: эффекты пола и базового уровня интерлейкина 1-бета в крови. Нейрохимия. 2022. 39(3): 279–287.
  2. Павлова И.В., Брошевицкая Н.Д. Влияние активации иммунной системы в раннем онтогенезе на агрессивность и сексуальную мотивацию у взрослых крыс Вистар. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2023. 109(10): 1476–1488.
  3. Abou-Ismail U.A. The effects of cage enrichment on agonistic behaviour and dominance in male laboratory rats (Rattus norvegicus). Res. Vet. Sci. 2011. 90(2):346–51.
  4. Abramov U., Puussaar T., Raud S., Kurrikoff K., Vasar E. Behavioural differences between C57BL/6 and 129S6/SvEv strains are reinforced by environmental enrichment. Neurosci. Lett. 2008. 443(3):223–227.
  5. Alperina E., Idova G., Zhukova E., Zhanaeva S., Kozhemyakina R. Cytokine variations within brain structures in rats selected for differences in aggression. Neurosci. Lett. 2019. 692:193–198.
  6. Audet M.C., Mangano E.N., Anisman H. Behavior and pro-inflammatory cytokine variations among submissive and dominant mice engaged in aggressive encounters: moderation by corticosterone reactivity. Front. Behav. Neurosci. 2010. 4:156.
  7. Cabrera-Muñoz E.A., Olvera-Hernández S., Vega-Rivera N.M., Meneses-San Juan D., Reyes-Haro D., Ortiz-López L., Ramírez Rodríguez G.B. Environmental enrichment differentially activates neural circuits in FVB/N mice, inducing social interaction in females but agonistic behavior in males. Neurochem. Res. 2022. 47(3):781–794.
  8. Calcia M.A., Bonsall D.R., Bloomfield P.S., Selvaraj S., Barichello T., Howes OD. Stress and neuroinflammation: a systematic review of the effects of stress on microglia and the implications for mental illness. Psychopharmacology (Berl). 2016. 233(9):1637–1650.
  9. Cao W.Y., Hu Z.L., Xu Y., Zhang W.J., Huang F.L., Qiao X.Q., Cui Y.H., Wan W., Wang X.Q., Liu D., Dai R.P., Li F., Li C.Q. Role of early environmental enrichment on the social dominance tube test at adulthood in the rat. Psychopharmacology (Berl). 2017. 234(22): 3321–3334.
  10. Chen P., Hong W. Neural circuit mechanisms of social behavior. Neuron. 2018. 98: 16–30.
  11. Corredor K., Duran J.M., Herrera-Isaza L., Forero S., Quintanilla J.P., Gomez A., Martínez G.S., Cardenas F.P. Behavioral effects of environmental enrichment on male and female wistar rats with early life stress experiences. Front. Physiol. 2022. 13:837661.
  12. Dallé E., Daniels W.M., Mabandla M.V. Fluvoxamine maleate normalizes striatal neuronal inflammatory cytokine activity in a Parkinsonian rat model associated with depression. Behav. Brain Res. 2017. 316:189–196.
  13. Das S., Deuri S.K., Sarmah A., Pathak K., Baruah A., Sengupta S., Mehta S., Avinash P.R., Kalita K.N., Hazarika J. Aggression as an independent entity even in psychosis- the role of inflammatory cytokines. J. Neuroimmunol. 2016. 292: 45–51.
  14. Fan Z., Zhu H., Zhou T., Wang S., Wu Y., Hu H. Using the tube test to measure social hierarchy in mice. Nat. Protoc. 2019. 14(3): 819–831.
  15. Fidilio A., Grasso M., Caruso G., Musso N., Begni V., Privitera A., Torrisi S.A., Campolongo P., Schiavone S., Tascedda F., Leggio G.M., Drago F., Riva M.A., Caraci F. Prenatal stress induces a depressive-like phenotype in adolescent rats: The key role of TGF-β1 pathway. Front. Pharmacol. 2022. 13:1075746.
  16. Gong Y., Tong L., Yang R., Hu W., Xu X., Wang W., Wang P., Lu X., Gao M., Wu Y., Xu X., Zhang Y., Chen Z., Huang C. Dynamic changes in hippocampal microglia contribute to depressive-like behavior induced by early social isolation. Neuropharmacology. 2018. 135: 223–233.
  17. Grigoryan G.A. Molecular-Cellular mechanisms of plastic restructuring produced by an enriched environment. Effects on learning and memory. Neurochemical Journal. 2021. 15: 226–239.
  18. Gulyaeva N.V. Functional neurochemistry of the ventral and dorsal hippocampus: stress, depression, dementia and remote hippocampal damage, Neurochem. Res. 2019. 44: 1306–1322.
  19. Haemisch A., Gärtner K. Effects of cage enrichment on territorial aggression and stress physiology in male laboratory mice. Acta Physiol. Scand. Suppl. 1997. 640:73–76.
  20. Haemisch A., Voss T., Gärtner K. Effects of environmental enrichment on aggressive behavior, dominance hierarchies, and endocrine states in male DBA/2J mice. Physiol. Behav. 1994. 56(5):1041–1048.
  21. Hashikawa Y., Hashikawa K., Falkner A.L., Lin D. Ventromedial hypothalamus and the generation of aggression. Frontiers in Systems Neuroscience. 2017. 11. 94.
  22. Herrera-Isaza L., Zárate-Guerrero S., Corredor K., Gómez-Fonseca Á., Escobar-Cornejo G., Cardenas F.P. Role of environmental enrichment on social interaction, anxiety, locomotion, and memory in Wistar rats under chronic methylphenidate intake. Front. Behav. Neurosci. 2023. 17:1251144.
  23. Hiadlovská Z., Mikula O., Macholán M., Hamplová P., Vošlajerová Bímová B., Daniszová K. Shaking the myth: Body mass, aggression, steroid hormones, and social dominance in wild house mouse. Gen. Comp. Endocrinol. 2015. 223: 16–26.
  24. Idova G.V., Markova E.V., Gevorgyan M.M., Alperina E.L., Zhukova E.N. Changes in production of cytokines by C57Bl/6J mouse spleen during aggression provoked by social stress. Bull. Exp. Biol. Med. 2016. 160(5): 679–682.
  25. Lee G.A., Lin Y.K., Lai J.H., Lo Y.C., Yang Y.S.H., Ye S.Y., Lee C.J., Wang C.C., Chiang Y.H., Tseng S.H. Maternal immune activation causes social behavior deficits and hypomyelination in male rat offspring with an autism-like microbiota profile. Brain Sci. 2021. 11(8):1085.
  26. Lehmann M.L., Brachman R.A., Martinowich K., Schloesser R.J., Herkenham M. Glucocorticoids orchestrate divergent effects on mood through adult neurogenesis. J. Neurosci. 2013. 33(7):2961–2972.
  27. Lima F.B., Spinelli de Oliveira E. What is the impact of low testosterone levels on the anatomical and behavioral repertoire of long-term enriched housing of male mice? Behav. Processes. 2014. 108: 57–64.
  28. Lockworth CR, Kim SJ, Liu J, Palla SL, Craig SL. Effect of Enrichment Devices on Aggression in Manipulated Nude Mice. J. Am. Assoc. Lab. Anim. Sci. 2015. 54(6): 731–736.
  29. MacRae M., Kenkel W.M., Kentner A.C. Social rejection following neonatal inflammation is mediated by olfactory scent cues. Brain Behav. Immun. 2015. 49: 43–48.
  30. Manosso L.M., Broseghini L.D.R, Campos J.M.B., Padilha A.P.Z., Botelho M.E.M., da Costa M.A., Abelaira H.M., Gonçalves C.L., Réus G.Z. Beneficial effects and neurobiological aspects of environmental enrichment associated to major depressive disorder and autism spectrum disorder. Brain Res. Bull. 2022. 190:152–167.
  31. Marashi V., Barnekow A., Ossendorf E., Sachser N. Effects of different forms of environmental enrichment on behavioral, endocrinological, and immunological parameters in male mice. Horm. Behav. 2003. 43: 281–292.
  32. Mesa-Gresa P., Pérez-Martinez A., Redolat R. Environmental enrichment improves novel object recognition and enhances agonistic behavior in male mice. Aggress. Behav. 2013. 39(4):269–279.
  33. Mileva G.R., Rooke J., Ismail N., Bielajew C. Corticosterone and immune cytokine characterization following environmental manipulation in female WKY rats. Behav. Brain Res. 2017. 316: 197–204.
  34. Miller A.H., Maletic V., Raison C.L. Inflammation and its discontents: the role of cytokines in the pathophysiology of major depression. Biol. Psychiatry. 2009. 65(9): 732–741.
  35. Pavlova I.V., Broshevitskaya N.D., Zaichenko M.I., Grigoryan G.A. The influence of long-term housing in enriched environment on behavior of normal rats and subjected to neonatal pro-inflammatory challenge. Brain, Behavior, & Immunity – Health. 2023. 30:100639.
  36. Pavlova I.V., Broshevitskaya N.D., Potekhina A.A., Shvadchenko A.M. The effect of chronic overcrowding on social behavior and expression of neuroinflammation-associated genes in rats. Biochemistry (Moscow). 2024. 89(9): 1582–1594.
  37. Paxinos G., Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates. Elsevier Academic Press. 2005. 210 p.
  38. Peña Y., Prunell M., Rotllant D., Armario A., Escorihuela R.M. Enduring effects of environmental enrichment from weaning to adulthood on pituitary-adrenal function, pre-pulse inhibition and learning in male and female rats. Psychoneuroendocrinology. 2009. 34(9): 1390–1404.
  39. Renner M.J., Rosenzweig M.R. Social interactions among rats housed in grouped and enriched conditions. Dev. Psychobiol. 1986.19(4):303–313.
  40. Schloesser R.J., Lehmann M., Martinowich K., Manji H.K., Herkenham M. Environmental enrichment requires adult neurogenesis to facilitate the recovery from psychosocial stress. Mol. Psychiatry. 2010. 15(12):1152–1163.
  41. Schmittgen T.D., Livak K.J. Analyzing real-time PCR data by the comparative C(T) method. Nat. Protoc. 2008. 3:1101–1108.
  42. Sominsky L.,Walker A.K., Ong L.K., Tynan R.J., Walker F.R., Hodgson D.M. Increased microglial activation in the rat brain following neonatal exposure to a bacterial mimetic. Behav. Brain Res. 2012. 226(1):351–356.
  43. Sparling J.E., Baker S.L., Bielajew C. Effects of combined pre- and post-natal enrichment on anxiety-like, social, and cognitive behaviours in juvenile and adult rat offspring. Behav. Brain Res. 2018. 353: 40–50.
  44. Suchomelova L., Thompson K.W., Baldwin R.A., Niquet J., Wasterlain C.G. Interictal aggression in rats with chronic seizures after an early life episode of status epilepticus. Epilepsia Open. 2023. 8. Suppl 1(Suppl 1): S82–S89.
  45. Wang F., Kessels H.W., Hu H. The mouse that roared: neural mechanisms of social hierarchy. Trends Neurosci. 2014. 37: 674–682.
  46. Workman J.L., Fonken L.K., Gusfa J., Kassouf K.M., Nelson R.J. Post-weaning environmental enrichment alters affective responses and interacts with behavioral testing to alter nNOS immunoreactivity. Pharmacol. Biochem. Behav. 2011. 100(1): 25–32.
  47. Xu X., Wu D., Hou S., Zhu J., Li J., Tang J. Prenatal exposure to TAK242 affects the childhood autism in offspring in animal models of autism spectrum disorder. Iran J. Basic Med. Sci. 2017. 20(9): 1016–1020.
  48. Yang C.R., Bai Y.Y., Ruan C.S., Zhou H.F., Liu D., Wang X.F., Shen, L.J., Zheng H.Y., Zhou X.F. Enhanced aggressive behaviour in a mouse model of depression. Neurotox. Res. 2015. 27: 129–142.
  49. Yin P., Li Z., Wang Y.Y., Qiao N.N., Huang S.Y., Sun R.P., Wang J.W. Neonatal immune challenge exacerbates seizure-induced hippocampus-dependent memory impairment in adult rats. Epilepsy Behav. 2013. 27(1): 9–17.
  50. You Z., Luo C., Zhang W., Chen Y., He J., Zhao Q., Zuo R., Wu Y. Pro- and anti-inflammatory cytokines expression in rat’s brain and spleen exposed to chronic mild stress: involvement in depression. Behav. Brain Res. 2011. 225(1): 135–141.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Влияние содержания в обогащенной среде на поведение крыс в тесте на социальное предпочтение. СТАНД – крысы, проживающие в стандартных условиях, ОС – в обогащенной среде. СО – социальный объект, НСО – несоциальный объект. ФИЗ – животные с введением физиологического раствора, ЛПС – с введением липополисахарида. * – различия между группами СТАНД и ОС (p < 0.05), # – тенденция (0.05 < р < 0.1, post hoc анализ Factorial ANOVA). n – число крыс в группах ФИЗ/ЛПС.

Скачать (239KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Влияние содержания крыс в обогащенной среде на социальное доминирование в трубе. По вертикали на (а) – процент побед и ничьих в парах крыс ОС-СТАНД, на (б) – среднее число толканий, наступлений и отступлений, совершенных крысами, в поединках животных, содержащихся в разных условиях (пары ОС-СТАНД), на (в) – процент побед и ничьих в парах крыс ФИЗ-ЛПС при сходных условиях содержания, * – различия между группами СТАНД и ОС (а, б) или ФИЗ и ЛПС (в) (р < 0.05, χ2, 2 x 2 Tables). Остальные обозначения, как на рис. 1.

Скачать (175KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Влияние содержания в обогащенной среде на поведение крыс в тесте «резидент-интрудер». * – статистически значимые различия между группами СТАНД и ОС (р < 0.05), # – тенденция (0.05 ≤ p < 0.1), + – различия между группами ФИЗ и ЛПС (р < 0.05, Mann-Whitney U-test). Остальные обозначения, как на рис. 1.

Скачать (193KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влияние содержания в обогащенной среде на экспрессию генов провоспалительных (IL-1beta, TNF, IL-6) и противовоспалительных цитокинов (TGF-beta1) в группах ФИЗ и ЛПС. По горизонтали – структуры мозга (вмГПТ – вентромедиальный гипоталамус, дГПК – дорзальный гиппокамп, АМ – миндалина, дмПФК – дорзомедиальная префронтальная кора). По вертикали – относительное количество мРНК. * – различия между крысами СТАНД и ОС (р < 0.05), # – тенденция (0.05 ≤ p < 0.1), + – различия между группами ФИЗ и ЛПС при сходных условиях содержания (р < 0.05, Mann-Whitney U-test).

Скачать (358KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025