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.