научная статья по теме ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТОИМОСТЬ СОЦИАЛЬНОГО ПОВЕДЕНИЯ МЫШЕЙ ПРИ АКТИВАЦИИ НЕСПЕЦИФИЧЕСКОГО ИММУНИТЕТА Биология

Текст научной статьи на тему «ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТОИМОСТЬ СОЦИАЛЬНОГО ПОВЕДЕНИЯ МЫШЕЙ ПРИ АКТИВАЦИИ НЕСПЕЦИФИЧЕСКОГО ИММУНИТЕТА»

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ, 2009, том 70, № 4, с. 275-284

УДК 591.1 + 599.323.4

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТОИМОСТЬ СОЦИАЛЬНОГО ПОВЕДЕНИЯ МЫШЕЙ ПРИ АКТИВАЦИИ НЕСПЕЦИФИЧЕСКОГО ИММУНИТЕТА

© 2009 г. А. Е. Акулов2, Д. В. Петровский2, М. П. Мошкин12

1 Институт цитологии и генетики СО РАН 630090 Новосибирск, просп. акад. Лаврентьева, 10 2 Институт систематики и экологии животных СО РАН 630091 Новосибирск, ул. Фрунзе, 11 e-mail: mmp@bionet.nsc.ru Поступила в редакцию 09.10.2008 г.

В тестах попарного ссаживания с помощью разработанного нами низкоинерционного респирометра исследованы изменения энергообмена при формировании иерархических отношений у самцов мышей аутбредной линии ICR. Введение бактериального эндотоксина (липополисахарид - ЛПС), стимулирующего неспецифическую иммунную защиту, повышает энергетическую стоимость аго-нистического поведения прежде всего у доминантных самцов. При этом статистически достоверная положительная корреляция между числом агонистических актов и приростом энергообмена наблюдается только у самцов, которым вводили ЛПС. Спонтанная активность, оцененная перед социальным конфликтом, и все формы неагонистического поведения, проявленные во время межсамцово-го взаимодействия, не коррелируют с показателями энергетического обмена. Такая избирательность в формировании корреляционной взаимозависимости свидетельствует о том, что основной вклад в обусловленное эндотоксином повышение энергетической стоимости социальных взаимодействий вносит не сама физическая работа, а скорее синергизм в действии механизмов неспецифического иммунного ответа и нейроэндокринных механизмов, сопровождающих агонистическое поведение, в частности стрессовых реакций.

Представление о компромиссном распределении ресурсов организма между конкурирующими функциями (trade-off) предполагает реципрокные отношения между затратами на защиту от инфекции и на морфологические и поведенческие половые демонстрации, включая прямую и опосредованную межсамцовую конкуренцию (Мошкин и др., 2003; Folstad, Karter, 1992; Wedekind, Folstad, 1994). Вместе с тем прямые оценки энергетической стоимости иммунной защиты дают противоречивые результаты. Защитная реакция хозяина формируется как интегрированный результат неспецифического (врожденного) и специфического (адаптивного) иммунных ответов на столкновение с паразитическими организмами. Работы по изучению энергетических затрат на обеспечение адаптивной иммунной системы, выполненные на птицах, свидетельствуют как о статистически достоверном повышении энергообмена во время специфического антителообра-зования (Ots et al., 2001; Martin II et al., 2003), так и об отсутствии такового (Svensson et al., 1998; Mendes et al., 2006; Nilsson et al., 2007). В работе на домовых мышах показано, что активация специфического гуморального иммунитета в ответ на введение гемо-цианина приводит к возрастанию на 27.4% интенсивности метаболизма по сравнению с контролем (Demas et al., 1997).

Сравнительно небольшую энергетическую стоимость специфического иммунного ответа объясняют тем, что эволюционное развитие адаптивно-

го иммунитета было направленно не только на оптимизацию защиты организма от паразитов, но и на реализацию защитных функций с максимально эффективным использованием энергии (Eraud et al., 2005). Участие иммунокомпетентных клеток в минимизации ресурсных затрат иллюстрирует сравнение мышей с нормально развитой иммунной системой и генетически измененных животных, у которых благодаря нокауту лимфоцитспецифических рецепторов формировался дефицит T- и/или B-клеток (Räberg et al., 2002). При недостатке лимфоцитов мыши имели большую величину базального метаболизма по сравнению с животными дикого типа. Это свидетельствует об особой ресурсосберегающей функции специфического иммунитета, поскольку на само поддержание общего пула лимфоцитов требуется дополнительная энергия, составляющая согласно расчетным оценкам около 3% от общего энергообмена (Руднев, Романюха, 2008).

Как известно, специфическому иммунному ответу предшествует неспецифическая реакция на молекулярные паттерны, характерные для возбудителей бактериальных и вирусных инфекций (Kluger et al., 1997; Dantzer, 2004). Эта реакция сопровождается выделением ряда провоспалитель-ных цитокинов, которые обладают широким спектром физиологических и поведенческих эффектов, объединяемых понятием "синдром болезни" (Barnett, 1975; Hart, 1988; Dantzer, 2001). Признаки синдрома болезни - повышение температуры те-

ла, анорексия, агедония, снижение двигательной активности, а также половой и агрессивной мотиваций. Некоторые компоненты неспецифического иммунного ответа являются весьма дорогостоящими. Повышение температуры тела на 1°C может приводить к увеличению энергетического метаболизма более чем на 10% (Mahmoud et al., 1994). И хотя снижение двигательной активности фактически направлено на сбережение энергетических ресурсов, активация неспецифического иммунитета может приводить к отрицательному балансу энергии, если при этом животное страдает отсутствием аппетита (Martin et al., 2008). Между тем в результате развития неспецифического иммунного ответа у организма появляется потребность в дополнительном количестве аминокислот, например лизина, которое количественно сопоставимо с потребностями организма в аминокислотах во время активного роста и развития (Klasing, 2004). Наконец, действие провоспалительных цитокинов может затрагивать процессы фосфорилирования в митохондриях, приводя к дефициту доступной для организма энергии АТФ (Jin et al., 1995; Berthiaume et al., 2003).

Оценка энергетического метаболизма, основанная на непрямой калориметрии, показала, что активация неспецифического иммунитета, вызванная бактериальным липополисахаридом (ЛПС), приводит к снижению выделения СО2 в течение 2 сут после инъекции препарата (Кондратюк, 2005). При этом происходит выраженное падение двигательной активности животных и затраты энергии на условную единицу активности оказываются существенно выше, чем у контрольных особей. Однако корректное измерение коэффициента полезного действия мышечной деятельности, основанное на регистрации спонтанной активности и энергообмена животных, является едва ли выполнимой задачей. Это обусловлено прежде всего методологическими трудностями расчета механической работы, производимой животным при реализации разных форм поведения. Поэтому для оценки с эколого-эволюционных позиций энергетической значимости иммунной защиты представляется оправданным поиск ответа на следующий вопрос: влияет ли активация неспецифической или специфической иммунной системы на энергетические затраты, связанные с решением конкретной этологической задачи, например с установлением социальной иерархии? Ранее, в экспериментах, выполненных на самцах мышей аут-бредной линии ICR, мы установили, что энергетический ответ на социальный конфликт в тестах попарного ссаживания, которые были проведены в разные сроки после антигенной активации специфической иммунной системы, достоверно не отличается от такового у контрольных особей (Акулов и др., 2009).

В данном исследовании с помощью специально разработанного низкоинерционного респирометра мы изучали на самцах мышей изменения энергообмена при формировании отношений доминирование/подчинение в норме и при активации неспецифического иммунитета введением ЛПС. Тестирование было выполнено через 3 ч после инъекции препарата, что соответствует времени максимального влияния бактериального эндотоксина на поведение мышей (Dantzer, 2001).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Опыты поставлены на лабораторных мышах аутбредной линии ICR в возрасте 2-2.5 мес, полученных из вивария Института цитологии и генетики СО РАН. Масса тела подопытных животных -28.4 ± 3.5 г. Не менее чем за 2 нед до эксперимента животных рассадили в отдельные пластиковые клетки (22 х 35 х 8 см). Подстилкой служили сухие древесные опилки. Животные получали ad libitum воду и гранулированный корм. Самцов содержали в одной комнате с самками. В помещении поддерживали постоянную температуру 22°C. Фотопериод составлял 14С:10Т (свет выключали в 17 час. местного времени). Все тесты выполняли в темную фазу фотопериода, в интервале с 18-00 до 03-00 час. За сутки до теста животных метили вы-стриганием шерсти. Для активации неспецифической иммунной системы животным за 3 ч до поведенческих тестов вводили внутрибрюшинно ЛПС (L-4005, E. coli, серотип 055:B5, Sigma) в дозе 50 мкг/кг. Контрольным самцам инъецировали физиологический раствор.

Эксперимент 1. Исследовано 34 самца, из которых были образованы 17 пар с различиями по массе тела не более 1 г в каждой паре. Тесты попарного ссаживания (15 мин) были выполнены дважды. Пары для повторного ссаживания формировали из одних и тех же партнеров. Первое тестирование выполнено на интактных самцах. После теста животных возвращали в их индивидуальные клетки и тестировали повторно через 3 дня. Повторное тестирование выполнено в двух вариантах: через 3 ч после введения физиологического раствора (7 пар); через 3 ч после введения ЛПС (10 пар).

Эксперимент 2. Как и в первом эксперименте, выполнено два последовательных ссаживания одних и тех же пар самцов. Всего исследовано 16 пар, подобранных по максимальной близости массы тела, различия в парах не превышали 1 г. В первом ссаживания на основании индивидуальных особенностей поведения (см. ниже) определяли иерархический статус каждого животного. Перед вторым ссаживанием один из самцов получал инъекцию ЛПС. В 8 парах это был самец, показавший себя в первом тесте как подчиненный, а в других 8 парах самец, доминировавший при первом тестировании.

Соперникам этих самцов вводили физиологический раствор.

Тест попарного ссаживания и регистрация энергообмена. Тесты попарного ссаживания (pair -wise test) выполняли при тусклом красном свете в камере, состоящей из двух отделений (каждое с размерами 22 х 14 х 9 см), разделенных подвижной перегородкой. Поведение записывали на видеокамеру.

Выделение С02 (V CO2) измеряли проточным методом с помощью газоанализатора ПЭМ-2М и выражали в мл ■ г-1 ■ ч-1. Показания регистрировали с помощью компьютера с интервалом 2

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком