Społeczne przekazywanie stresu i zmiany synaptyczne, czyli o tym, jak gryzonie „zarażają się” stresem i jak to wpływa na mózg

Społeczne przekazywanie stresu i zmiany synaptyczne, czyli o tym, jak gryzonie „zarażają się” stresem i jak to wpływa na mózgDoskonale wiemy, że długotrwały stres niekorzystnie odbija się na zdrowiu i znacząco obniża jakość życia. W odpowiedzi na nagłe zagrożenie dochodzi do aktywacji wielu wzajemnie powiązanych układów. Celem jest mobilizacja organizmu do podjęcia działań zwiększających szanse przetrwania. Dlatego też należy zaznaczyć, że krótkotrwały stres (podobnie jak ból) ma funkcje adaptacyjne. Zarówno krótkotrwały, jak i długotrwały stres, znajdują odzwierciedlenie w  plastycznych zmianach w mózgu. Wśród systemów zaangażowanych w przetwarzanie reakcji stresowej, kluczową funkcję pełni oś podwzgórze-przysadka-nadnercza (ang. hypothalamic-pituitary-adrenal axis, HPA). Jej docelową funkcją jest uwalnianie do krwiobiegu glukokortykoidów, czyli hormonów sterydowych, które regulują procesy fizjologiczne umożliwiające radzenie sobie ze stresem. W jądrze przykomorowym podwzgórza syntezowana i wydzielana jest kortykoliberyna (ang. corticotropin-releasing hormone, CRH), która oddziałuje na przedni płat przysadki, stymulując ją do uwalniania kortykotropiny (ang. adrenocorticotropic hormone, ACTH). ACTH z kolei pobudza korę nadnerczy do wydzielania glukokortykoidów (kortyzolu u ludzi oraz kortykosteronu u gryzoni). Każdy bodziec stresowy oddziałujący na organizm w pewien sposób zmienia mózg, a zmiany te analizować można także na poziomie synaptycznym. Do tej pory wykazano, że tego rodzaju plastyczność ma miejsce m.in. w komórkach nerwowych podwzgórza uwalniających CRH.

Czy stresem można się zarazić?

Ludzie, ale też inne naczelne i gryzonie, to gatunki wysoce społeczne. Dzięki temu pewne zachowania społeczne badać możemy nie tylko w realnych sytuacjach życiowych, ale także w laboratoriach. Badacze z Uniwersytetu w Calgary w Kanadzie opublikowali na łamach Nature Neuroscience interesującą pracę, w której odkrywają pewne mechanizmy „zarażania” się stresem i tego, w jaki sposób tego rodzaju „niebezpośredni” stres wpływa na zmiany plastyczne w mózgu (Sterley i in., 2018). Przed podjęciem tych badań wiadomo było już, że społeczne przekazywanie stresu między osobnikami znajduje odzwierciedlenie w zmianach behawioralnych i endokrynnych. Naukowcy zasugerowali, że podobne zmiany prawdopodobnie zachodzą także w synapsach w obrębie neuronów CRH w podwzgórzu. W celu weryfikacji problemu badawczego zastosowali rozbudowaną metodologię obejmującą badania behawioralne, neurofizjologiczne oraz biochemiczne.

Jednorazowy stres a zmiany elektrofizjologiczne w podwzgórzu

Punktem wyjścia dla badań była obserwacja zmian elektrofizjologicznych na skrawkach pobranych z PVN zestresowanych oraz kontrolnych myszy laboratoryjnych. Poddanie zwierząt stresowi wpłynęło - co nie zaskakuje – na wzrost poziomu kortykosteronu we krwi. Co ciekawe, badania elektrofizjologiczne wykazały, że u zestresowanych (ale nie u kontrolnych) zwierząt dochodzi do wzmocnienia synaptycznego w obrębie synaps glutaminianergicznych. W oparciu o cechy elektrofizjologiczne zaobserwowanych zmian zostały one zdefiniowane jako STP (ang. short-term potentiation, krótkotrwałe wzmocnienie synaptyczne; w odróżnieniu od LTP – ang. long-term potentiation, długotrwałe wzmocnienie synaptyczne). Następnie naukowcy zadali sobie pytanie, czy odnotowane przez nich STP jest w jakiś sposób zależne od płci. Osobna analiza danych uzyskanych od samców i samic wykazała, że obie grupy nie różnią się pod kątem STP. Co ważne, powtórzenie eksperymentów w różnych punktach czasowych ujawniło, że podobne zmiany zachodzą zarówno wtedy, kiedy skrawki do badań pobrano po 5 minutach od stresu, jak i po 24 godzinach. Jest to zatem bardzo mocny dowód na to, że ostry stres wywołuje duże i trwałe zmiany na poziomie glutaminianergicznych synaps w PVN.

Czy społeczne przekazywanie stresu także zmienia właściwości synapsy?

Wiadomo już, jakie zmiany wywołuje bezpośrednie doświadczenie stresowe. Nasuwa się więc pytanie, co dzieje się w sytuacji, kiedy osobnik nie doświadcza stresu osobiście, ale „zaraża się” nim w sytuacji interakcji społecznych. W tym celu zaprojektowano eksperyment, w którym testowano osobniki tej samej płci. Jeden z nich poddawany był krótkotrwałemu działaniu bodźca stresowego, natomiast drugi pozostawał w klatce domowej. W warunkach kontrolnych zwierzę było wyjmowane z klatki i umieszczane w nowym środowisku, a po upływie określonego czasu także powracało do klatki domowej, gdzie czekał na niego „partner”. Podobnie jak w przypadku pierwszego eksperymentu, zmierzono poziom kortykosteronu we krwi oraz zmiany elektrofizjologiczne w skrawkach PVN. Kiedy otrzymane dane przeanalizowano z podziałem na płeć, zaobserwowano interesującą prawidłowość. Nie wykazano zmian w poziomie kortykosteronu w krwi – podobny poziom zmierzono u zwierząt stresowanych i ich partnerów zarówno w grupie eksperymentalnej, jak i kontrolnej. STP (podobnie jak w poprzednim eksperymencie) było neurofizjologicznym korelatem stresu u zwierząt. Okazało się, że wystąpiło ono u samców doświadczających stresu, ale nie u samców z grupy kontrolnej (niedoświadczających stresu, ale wystawionych na „nowe środowisko”). U samic sytuacja wyglądała inaczej, ponieważ STP zaobserwowano zarówno u myszy z grupy stresowanej, jak i kontrolnej, co oznacza, że nawet krótkotrwała izolacja społeczna i pobyt w nowym środowisku jest dla samic stresujący i prowadzi do powstawania STP w obszarze PNV. Na następnym etapie zmierzono, jakie zmiany zaszły u partnerów interakcji, czyli zwierząt, które pozostawały w klatkach domowych podczas całego czasu trwania eksperymentu. U samców STP wystąpiło jedynie wtedy, kiedy ich partner z klatki doświadczył „prawdziwego stresu” – można zatem powiedzieć, że zestresowany samiec „zaraził” swojego towarzysza stresem. Podobnych zmian nie odnotowano natomiast w sytuacji kontrolnej, czyli wtedy kiedy myszy były jedynie rozdzielane i jedna z nich umieszczana była w nowym środowisku. Z kolei u samic STP zarejestrowano w obu warunkach – społeczne przekazywanie stresu zaszło podczas realnego stresu oraz po społecznej izolacji i pobycie w nowym środowisku.

Jakich mechanizmów wymaga społeczna transmisja stresu?

Zostało już wyjaśnione, w jakich warunkach zachodzi społeczne przekazywanie stresu i jakie są jego fizjologiczne korelaty. No dobrze, ale które mechanizmy biologiczne leżą u podłoża tej transmisji? Zwierzęta wchodzące w interakcje z partnerem mającym wcześniej kontakt z bodźcem stresowym uruchamiają szereg zachowań umożliwiających im „tropienie” potencjalnych sygnałów, że partner ma za sobą jakieś stresujące przeżycie. Wcześniejsze badania wskazały już m.in. na uwalnianie sygnałów chemicznych (feromonów), które możliwe są do odebrania jedynie w sytuacji bliskiego kontaktu. Feromony uwalniane z okolic okołogenitalnych są strukturalnie zbliżone do zapachu drapieżnika. Ekspozycja na taki zapach prowadzi do aktywacji PVN poprzez komórki opuszki węchowej i inne struktury ważne dla przetwarzania informacji stresowej (ciała migdałowate, kora gruszkowata). W opisywanych badaniach zauważono, że oddzielenie myszy przezroczystą ścianką uniemożliwiło przekazywanie stresu, co potwierdza, że w tym procesie niezbędne są sygnały węchowe (przynajmniej u gryzoni). Co więcej, za pomocą doświadczeń farmakologicznych naukowcy wykazali, że cały proces wymaga aktywacji receptora dla CRH (CRHR1), ponieważ zablokowanie tych receptorów przez podanie ich antagonisty osłabiło istotnie korelaty stresu (STP). CRHR1 odpowiada zarówno za powstawanie STP u zwierząt stresowanych, jak i za przekazywanie stresu partnerom. Badania domknięto eleganckim eksperymentem, w którym udowodniono, że aktywacja neuronów uwalniających CRH w PVN jest niezbędne do społecznej transmisji stresu. Za pomocą metod optogenetycznych, naukowcy zahamowali aktywność komórek CRH u zwierząt stresowanych, a także u partnerów, którzy mieli zostać „zarażeni” stresem. Wyniki tego doświadczenia wskazują na to, że aktywność neuronów CRH jest kluczowa dla powstania zmian plastycznych w synapsach po doświadczeniu autentycznego stresu. U partnerów interakcji aktywność komórek CRH jest natomiast kluczowa dla podejmowania zachowań eksploracyjnych ukierunkowanych na identyfikację sygnałów przeżytego stresu oraz ułatwia powstawanie STP.

O czym świadczą otrzymane wyniki?

Publikacja wypełniona jest interesującymi danymi, na które musimy jednak spojrzeć w szerszym kontekście. Z pewnością ważnym wynikiem jest jednoznaczne wykazanie, że nawet ostry, jednorazowy stres prowadzi do trwałych zmian plastycznych w mózgu. Zmiany elektrofizjologiczne opisane przez autorów mogą być markerem stresu, ale także punktem wyjścia dla badania kolejnych mechanizmów leżących u podłoża zarówno autentycznego, jak i społecznie przekazywanego stresu. Autorzy uwzględnili w schemacie eksperymentalnym zbadanie różnic płciowych, co umożliwiło ciekawą obserwację dotyczącą zróżnicowanej wrażliwości na bodźce stresowe u samic i samców. Okazało się, że nawet teoretycznie „kontrolne” warunki prowadziły do typowych dla stresu zmian w mózgach samic, co wskazuje na ich zwiększoną podatność na stres. Pozostaje pytanie o dokładny mechanizm tych różnic. W dyskusji autorzy wskazują na możliwe znaczenie płciowego dymorfizmu w obrębie sygnału przekazywanego przez receptor CRHR1. Ważnym oraz zaskakującym wynikiem jest funkcjonalny udział neuronów CRH zlokalizowanych w jądrze przykomorowym podwzgórza w powstawaniu zmian plastycznych po doświadczeniu autentycznego stresu oraz w mechanizmie jego społecznego przekazywania. Z translacyjnego punktu widzenia opisane w tym artykule badania mogą potencjalnie pomóc w terapii osób, które rozwijają zaburzenia traumatyczne (PTSD) w oparciu o kontakt społeczny, nie zaś osobiste doświadczenie. Być może receptor CRHR1 jest potencjalnym punktem uchwytu dla farmakologicznego leczenia tego rodzaju zaburzeń.

Na podstawie:

Sterley, T. L., Baimoukhametova, D., Füzesi, T., Zurek, A. A., Daviu, N., Rasiah, N. P., ... Bains, J. S. (2018). Social transmission and buffering of synaptic changes after stress. Nature Neuroscience, 1.

Neurobiolodzy z Uniwersytetu Genewskiego opublikowali wyniki swojej pracy poświęconej biologicznemu podłożu schizofrenii. Pod... czytaj więcej
Mózg przez wiele kultur był uważany za siedlisko myśli i źródło intelektu. Dopóki nie poznano złożoności i roli połączeń na p... czytaj więcej
Zanieczyszczenia powietrza to według definicji wszelkie skażenie powietrza przez szkodliwe dla zdrowia lub niebezpieczne z in... czytaj więcej
Hormony mają wpływ na nasze zachowania i odczuwane emocje. Można odnieść wrażenie, że znacznie częściej mówi się o tym, wspom... czytaj więcej