ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2011, том 440, № 2, с. 275-278
БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА, МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 572.788:577.151.6
ИНТРАНАЗАЛЬНОЕ ВВЕДЕНИЕ ИНСУЛИНА УСТРАНЯЕТ ДЕФИЦИТ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ПАМЯТИ У КРЫС С НЕОНАТАЛЬНЫМ САХАРНЫМ ДИАБЕТОМ
© 2011 г. О. В. Чистякова, В. М. Бондарева, В. Н. Шипилов, И. Б. Сухов, А. О. Шпаков
Представлено академиком В.Л. Свидерским 25.02.2011 г. Поступило 25.02.2011 г.
Инсулин оказывает регуляторное действие на метаболические и ростовые процессы не только в периферических тканях, но и в ЦНС. В настоящее время показано, что инсулин контролирует энергетический гомеостаз в тканях мозга, влияет на пролиферацию и дифференцирование нейро-нальных клеток, вовлечен в регуляцию процессов обучения и памяти [1, 2]. Нарушения в инсулино-вой сигнальной системе, возникающие в условиях сахарного диабета 2-го типа (СД2), для которого характерны резистентность тканей к инсулину и умеренная гипергликемия, приводят к запуску нейродегенеративных процессов в ЦНС [3]. Снижение функциональной активности мозга и связанный с этим когнитивный дефицит у пациентов с СД2 представляет собой не только медицинскую, но и социальную проблему, поскольку от ее решение во многом зависит адаптация больных в обществе и их трудоспособность.
Несмотря на большой прогресс, достигнутый в последние годы в изучении осложнений СД2 со стороны ЦНС, патогенетические механизмы и динамика развития когнитивного дефицита в условиях этого заболевания, а также влияние на него терапии инсулином остаются мало изученными. Для расшифровки механизмов негативного влияния СД2 на когнитивные функции требуется использование экспериментальных моделей на животных, наиболее адекватной из которых является неонатальная стрептозотоциновая модель на крысах, для которой характерна типичная для СД2 выраженная толерантность к глюкозе [4].
Цель работы состояла в изучении влияния ин-траназально введенного инсулина на формирование и сохранение долговременной пространственной памяти у крыс с неонатальной моделью
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской Академии наук, Санкт-Петербург
СД2. Выбор интраназального способа введения гормона был обусловлен тем, что в последние годы его широко применяют для профилактики и коррекции нейродегенеративных заболеваний. Введенный интраназально инсулин, минуя гема-тоэнцефалический барьер, быстро проникает в мозг и практически не влияет на уровень инсулина и глюкозы в плазме крови, что особенно важно при лечении пациентов, страдающих СД [1, 5]. Для изучения когнитивных функций был использован водный тест Морриса (ВТМ), который позволяет быстро провести обучение животных, оценить формирование и активацию долговременной памяти [6, 7]. С помощью ВТМ нами впервые установлено, что у крыс с неонатальным СД2 снижается способность к пространственному обучению. Интраназальное введение инсулина в значительной степени устраняло когнитивный дефицит, о чем свидетельствует отчетливо выраженное улучшение формирования долговременной пространственной памяти у крыс с СД2, получавших интраназальный инсулин.
Для исследования были взяты четыре группы самок крыс линии Wistar (масса тела 230—265 г, возраст 5 месяцев): контрольные животные без введения (группа 1, n = 6) и с введением инсулина (группа 2, n = 7), диабетические крысы без введения (группа 3, n = 11) и с введением гормона (группа 4, n = 6). Неонатальный СД2 вызывали интраперитониальным введением пятисуточным крысятам стрептозотоцина ("Sigma", США) в дозе 80 мг на 1 кг массы тела животного [4]. Через 2.5—3 мес у крыс развивались признаки СД2 — умеренное повышение уровня гликемии (5—8 ммоль/л против 3—6 ммоль/л в норме) и снижение чувствительности тканей к глюкозе. Развитие толерантности к глюкозе оценивали по сахарной кривой, определяя уровень гликемии в крови натощак и через 15, 30, 60 и 120 мин после введения глюкозы (2 мг/кг массы). Через 2 ч после нагрузки глюкозой у диабетических крыс уровень глике-
275
9*
276
ЧИСТЯКОВА и др.
Рис. 1. Динамика обучения контрольных крыс в водном тесте Морриса (ВТМ): 1 — без введения инсулина (группа 1, п = 6); 2 — с введением инсулина (группа 2, п = 7). Здесь и на рис. 2 по горизонтальной оси — дни тестирования; по вертикальной — время обучения, с; слева — первая серия, справа — вторая.
мии превышал контрольные показатели в 2— 2.5 раза (10—13 ммоль/л), и наблюдалась глюкозу-рия (14—28 ммоль/л).
Интраназальное введение инсулина (ежедневно, 0.48 1и на крысу) начинали за неделю до обучения и продолжали в процессе тестирования в ВТМ [8]. Плавая в бассейне (й = 120 см), крыса должна отыскать фиксированную платформу (й = = 13 см), находящуюся ниже уровня воды. На поиск платформы каждой крысе давали 4 попытки с разных стартовых точек. Опыты регистрировали с помощью видеокамеры. Для проверки формирования пространственной памяти тест повторяли ежедневно на протяжении 5 дней (первая серия) и через месяц оценивали активацию пространственной памяти (вторая серия). Регистрировали время, затраченное на поиск платформы (латент-
ный период). После основного тестирования в первой и второй сериях крыс помещали в бассейн, убирали платформу и подсчитывали время нахождения животного в целевом квадранте и число пересечений места цели (аннулюс). Статистическую значимость данных оценивали по /-критерию Стьюдента.
Показано, что контрольным крысам (группа 1) в первой серии экспериментов на обучение потребовалось три дня, а информация о местоположении цели сохранялась до конца второй серии теста. Продолжительность и динамика изменений латентного периода у контрольных крыс с интраназальным введением инсулина (группа 2) достоверно не отличались от соответствующих показателей у контрольных животных, не получавших инсулин, на всем протяжении тестирова-
Таблица 1. Влияние интраназального введения инсулина на время нахождения в целевом квадранте и число ан-нулюсов у контрольных и диабетических крыс во время обучения в водном тесте Морриса
Группа животных Время нахождения в целевом квадранте, с Число аннулюсов
5-й день 39-й день 5-й день 39-й день
Контроль, без инсулина (группа 1, п = 6) Контроль, с инсулином (группа 2, п = 7) Диабет, без инсулина (группа 3, п = 11) Диабет, с инсулином (группа 4, п = 6) 17.5 ± 1.3 23.9 ± 1.0* 23.3 ± 2.5 15.5 ± 1.4** 17.8 ± 1.8 17.1 ± 1.7 20.2 ± 1.7 25.3 ± 2.0** 5.8 ± 0.9 5.7 ± 0.7 3.1 ± 0.8 4.4 ± 1.0 7.0 ± 0.4 6.8 ± 0.4 4.6 ± 0.6** 7.8 ± 0.7*
* Достоверные различия между группами 1 и 2 и между группами 3 и 4, р < 0.05. ** Достоверные различия между группами 1 и 3 и между группами 2 и 4, р < 0.05.
ИНТРАНАЗАЛЬНОЕ ВВЕДЕНИЕ ИНСУЛИНА
277
Рис. 2. Динамика обучения диабетических крыс в ВТМ: 1 — без введения инсулина (группа 3, п = 11); 2 — с введением инсулина (группа 4, п = 6). Звездочка — различия достоверны, р < 0.05.
ния (рис. 1). На 5-й день, после окончания первой серии тестирования, у крыс группы 2 выявлено достоверное увеличение времени нахождения в целевом квадранте в сравнении с животными группы 1, в то время как на 39-й день, после окончания второй серии экспериментов, различий в значениях времени тигмотаксиса между группами 1 и 2 выявлено не было (табл. 1). На протяжении всего тестирования между обеими группами контрольных животных не отмечалось различий в числе аннулюсов. Эти данные указывают на то, что интраназальное введение инсулина слабо влияет на долговременную пространственную память у здоровых животных, не имеющих когнитивного дефицита.
Диабетические животные (группа 3) в первой серии экспериментов затрачивали на поиск платформы в среднем в два раза больше времени, чем контрольные крысы (рис. 2). Необходимо отметить, что динамика снижения времени поиска у диабетических крыс была в 2—3 раза ниже в сравнении с таковой в контроле. Во второй серии и латентный период, и динамика снижения его продолжительности у диабетических крыс были в 3—4 раза ниже, чем у контрольных животных. Эти данные указывают на развитие когнитивного дефицита у крыс с неонатальным СД2, что выражается в ухудшении показателей их пространственной памяти в сравнении со здоровыми животными.
Интраназальное введение инсулина диабетическим крысам (группа 4) в среднем в три раза сокращало латентный период в обеих сериях экспериментов (рис. 2). При этом максимальный эффект гормона (снижение продолжительности латентного периода в 5 раз) был выявлен как в
первой, так и во второй сериях экспериментов. У крыс группы 4 наблюдалось значительное повышение числа аннулюсов в сравнении с таковым у диабетических животных, не получавших инсулин, причем на 39-й день тестирования оно было достоверным (табл. 1). Сравнение числа ан-нулюсов у крыс группы 4 с таковыми у контрольных крыс показывает, что если на 5-й день тестирования оно было ниже, то во второй серии, после продолжительной инсулиновой терапии, число аннулюсов у крыс группы 4 даже превысило соответствующие показатели в контрольных группах. Эти результаты свидетельствует о том, что интраназальное введение инсулина улучшает показатели долговременной пространственной памяти у диабетических крыс, приближая их к таковым у здоровых животных.
Таким образом, получены веские доказательства в пользу эффективности применения интраназаль-ного инсулина для коррекции и профилактики когнитивного дефицита, который развивается в условиях экспериментального СД2. Полученные нами данные позволяют сделать вывод о том, что крысы с неонатальным СД2 могут быть использованы в качестве перспективной модели для изучения процессов формирования памяти в условиях толерантности к глюкозе, а методически доступный интраназальный способ введения инсулина может быть применен для исследования роли этого гормона в функционировании ЦНС.
Работа поддержана программой Президиума РАН "Фундаментальные науки — медицине" (2009-2011 гг.) и РФФИ (проект 09-04-00746).
278
ЧИСТЯКОВА и др.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Stockhorst U., de Fries D., Steingrueber H.J., Scherbaum W.A. // Physiol. Behav. 2004. V 83. P. 4754.
2. Бондарева В.М., Чистякова О.В. // Нейрохимия. 2007. Т. 24. С. 8-20.
3. KodlC.T., Seaqu
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.