Molekularne markery odpowiedzi na stres w dwóch modelach depresji lekoopornej u szczurów

Agata Faron-Górecka, Maciej Kuśmider, Mariusz Papp.
Pracownia Farmakologii Behawioralnej, Pracownia Farmakologii Biochemicznej, Zakład Farmakologii IF PAN w Krakowie

Depresja może być schorzeniem komórki, komunikacji międzykomórkowej, jak również całej sieci komórkowej. Bez względu na to jednak gdzie dochodzi do patologii (bo wciąż nie jest to jasne) potrzebna jest sieć komórkowa, aby mierzyć nieprawidłowości opisujące to schorzenie. Bez modeli laboratoryjnych badanie działania leków przeciwdepresyjnych jest pozbawione sensu. Modele zwierzęce, stosowane w minionych dziesięcioleciach pomogły w zrozumieniu mechanizmów działania leków przeciwdepresyjnych. Oferują także szanse na poszerzenie wiedzy na temat neurobiologicznych podstaw depresji.

   W Pracowni Farmakologii Behawioralnej zajmujemy się głównie modelowaniem depresji przy użyciu zwierzęcego modelu tej choroby tj. chronicznego łagodnego stresu (ang. chronic mild stress, CMS). Model ten służy głównie do testowania potencjału przeciwdepresyjnego nowych związków, ale także do poszukiwań molekularnych mechanizmów działania już istniejących leków stosowanych w depresji, a których mechanizm nie jest do końca poznany. Badania na zwierzętach, chociaż „modelują” tylko niektóre cechy stanu depresyjnego, często pozwalają wniknąć w molekularne mechanizmy odpowiedzialne za działanie leków przeciwdepresyjnych. W modelu CMS zwierzęta poddane zostają wielotygodniowemu działaniu łagodnych bodźców stresowych, stosowanych naprzemiennie i nieprzerwanie, co prowadzi do powstania u poddanych tej procedurze zwierząt szeregu zaburzeń przypominających objawy typowe dla klinicznego obrazu depresji. W toku wieloletnich obserwacji wykazano, że w modelu tym odwrócenie efektów stresu pod wpływem leków przeciwdepresyjnych następuje stopniowo w okresie 3-4 tygodni, a zatem dokładnie takim, jaki jest niezbędny do ich działania w klinice. Interesującym faktem, który stał się przedmiotem naszych badań jest także to, że w obrębie grupy zwierząt poddanych testowaniu występuje grupa szczurów, która nie reaguje na działanie leków przeciwdepresyjnych. Obserwacja ta jest bardzo ciekawa, gdyż wydaje się także odzwierciedlać sytuację występującą w klinice, gdzie około 30% pacjentów cierpiących na ciężką depresję jest opornych na dostępną terapię lekami przeciwdepresyjnymi. Innym modelem depresji, który również ostatnio został przez nas użyty do badań jest genetyczny model tego schorzenia – szczep Wistar Kyoto (WKY). Szczep WKY został wyosobniony w latach 70 zeszłego wieku w wyniku hodowli wsobnej ze szczepu Wistar Han (WIS), z presją w kierunku spontanicznego rozwoju nadciśnienia. W miarę postępu badań nad modelowaniem zaburzeń depresyjnych okazało się, że cechuje go wiele parametrów tożsamych ze stanem depresyjnym w stosowanych modelach depresji. Zaproponowano więc, że szczep WKY będzie dobrym genetycznym modelem zwierzęcym tego schorzenia. Zwierzęta te wykazują wybitną wrażliwość na stres jak również wachlarz charakterystycznych zachowań typu depresyjnego, które nie są związane z ekspozycją na stres. Szczep ten różni się od innych w zakresie behawioralnej, fizjologicznej i neurohormonalnej odpowiedzi na bodźce środowiskowe, farmakologiczne czy też fizyczne. Na przykład w porównaniu do WIS, szczury WKY wykazują nadreaktywność na stres mierzoną testami otwartego pola, hypoaktywności w labiryncie krzyżowym czy bezruchu w teście wymuszonego pływania. Łatwiej również rozwijają anhedonię w odpowiedzi na bodźce stresowe. Mechanizm leżący u podłoża tych różnic nie jest jasny. Naturalnym kierunkiem poszukiwań substratu molekularnego były badania układów monoaminergicznych. W wyniku tych badań wykazano, że WKY mają więcej transportera dla noradrenaliny. Może to korelować z większym obrotem tego neuroprzekaźnika i ostatecznie z mniejszą jego dostępnością dla sygnalizacji w układzie noradrenalinowym. Może być to molekularnym substratem prodepresyjności tego szczepu. Podobnie, obserwowano różnice pomiędzy WKY i macierzystym szczepem (WIS) w zakresie niektórych receptorów dla serotoniny a także transportera dla dopaminy. Ponieważ są to te elementy układu nerwowego, które są celem farmakologicznym większości leków przeciwdepresyjnych, uznaje się, że stanowi to silne podłoże poprawności konstrukcyjnej tego genetycznego modelu depresji.

Istotnym elementem modelu CMS nie bez przyczyny jest stres, gdyż to właśnie on zajmuje najważniejsze miejsce wśród czynników środowiskowych wywołujących depresję. Epizody depresji często pojawiają się w związku z działaniem różnorodnych czynników stresujących. Neurochemicznym markerem stresu jest wzrost aktywności osi podwzgórze-przysadka-nadnercza (ang. hypothalamus-pituitary-adrenal axis, HPA). Ponad połowa chorych z depresją wykazuje cechy nadmiernej aktywacji osi HPA i zaburzonej pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego, a skuteczna terapia lekami przeciwdepresyjnymi prowadzi do normalizacji tej nadaktywności. Podwzgórze, będące częścią osi HPA, jest bardzo istotną strukturą naszego mózgu, m.in. dlatego, że właśnie tam dochodzi do powstawania ponad 20 ważnych neuropeptydów o właściwościach neurohormonów. Neuropeptydy są transportowane z podwzgórza przez krew lub płyn mózgowo-rdzeniowy i mogą działać na neurony odległe od miejsca ich wytwarzania, modulując efekty działania neuroprzekaźników (np. serotoniny, dopaminy czy noradrenaliny).  Dla wydzielania neuropeptydów długotrwały stres ma istotne znaczenie, co w konsekwencji może doprowadzić do wywołania stanów depresyjnych.

W naszych wcześniejszych badaniach wykazaliśmy, że prolaktyna (PRL) wraz ze swoimi receptorami jest związana ze zjawiskiem oporności na stres w modelu CMS, a podstawowy poziom tego neurohormonu może być skorelowany z efektywnością terapii depresji. Dzięki opracowaniu szybkiej metody pobierania krwi z żyły ogonowej mogliśmy monitorować wahania poziomu PRL w odpowiedzi na stres i farmakoterapię i uzyskać indywidualne korelacje dla poszczególnych osobników. Wykazanie odwrotnej korelacji pomiędzy podstawowym poziomem PRL a odpowiedzią na podania imipraminy - leku przeciwdepresyjnego często stosowanego w badaniach przedklinicznych - skłoniło nas do wykonania oznaczeń tego neurohormonu w modelu CMS z wykorzystaniem szczurów rasy WIS oraz WKY. Uzyskane przez nas wyniki oznaczeń PRL w surowicy zwierząt poddanych procedurze CMS wskazują na dwie ważne różnice pomiędzy tymi szczepami:

1. Poziom PRL u szczurów WKY jest w sposób istotny statystycznie mniejszy od poziomu PRL u szczurów kontrolnych szczepu WIS.
2. Wielokrotne podania wenlafaksyny znacząco podnoszą poziom PRL w surowicy szczurów szczepu WKY.

Z oznaczeń poziomu PRL w surowicy zwierząt WIS i WKY wynika, że te ostatnie mają znacząco mniejszy poziom tego neurohormonu porównywalny z obserwowanym spadkiem poziomu PRL u szczurów WIS poddanych procedurze CMS. Jest to interesujący wynik, który jednak wskazuje na różnice tych dwóch szczepów zwierząt. Głównym mechanizmem działania wenlafaksyny jest hamowanie wychwytu zwrotnego noradrenaliny i serotoniny. Wydaje się więc, że obserwowany wzrost poziomu PRL w surowicy szczurów WKY może mieć związek z opisywaną powyżej zwiększoną ilością transportera dla noradrenaliny u tego szczepu zwierząt.

Projekt realizowany w ramach grantu Opus 9, nr: 2015/17/B/NZ7/02979

Bibiografia
Papp et al. 2018. Rapid antidepressant effects of deep brain stimulation of the pre-frontal cortex in an animal model of treatment-resistant depression, Journal of Psychopharmacology.

Faron-Górecka et al. 2017. Basal prolactin levels in rat plasma correlates with response to antidepressant treatment in animal model of depression. Neurosci Lett. 647:147-152.

Tejani-Butt et al., 1994. Effect of repeated novel stressors on depressive behavior and brain norepinephrine receptor system in Sprague-Dawley and Wistar Kyoto (WKY) rats. Brain Res. 649(1-2):27-35.

Agata Faron-Górecka
Pracownia Farmakologii Biochemicznej, Zakład Farmakologii IF PAN w Krakowie
Strona www: http://if-pan.krakow.pl/pl/zaklady/zaklad-farmakologii/pracownia-farmakologii-biochemicznej/
E-mail: gorecka@if-pan.krakow.pl