Исследование методом функциональной магнитно-резонансной томографии нейрональной реакции на запаховые стимулы у контрольных и ЛПС-стимулированных мышей

Обонятельная рецепция является одним из важнейших механизмов взаимодействия организма с окружающей средой. У животных с ночной активностью, к которым относятся мыши, первичное восприятие и вторичная переработка запаховых стимулов позволяют ориентироваться в социальной среде, избегать хищников и отвергать опасные кормовые объекты. Эффективность обонятельной перцепции варьирует в зависимости от физиологического состояния организма, в частности она может изменяться при активации механизмов иммунной защиты. В данной работе методом функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) исследовано влияние активации врожденного иммунитета на нейрональную реакцию при восприятии и дифференцировке социально значимых (2,5-диметилпиразин, 2-гептанон) и социально незначимых (1-гексанол и изопрен) запаховых стимулов мышами линии CD1. Для стимуляции механизмов врожденного иммунитета подопытным животным за три часа до помещения в томограф внутрибрюшинно вводили бактериальный липополисахарид (ЛПС) в дозе 500 мкг/кг. Томографическое исследование выполняли на животных, находящихся под уретановым наркозом. Запаховую стимуляцию выполняли с помощью разработанной в лаборатории установки для дозированной подачи летучих органических соединений. Подача ольфакторных стимулов вызывала активацию нейронов в центрах первичного восприятия и вторичной обработки запаховой информации. Тип запахового стимула влиял на величину нейрональной реакции в обонятельной луковице, но не влиял на параметры ответа в других исследованных областях мозга. Активация врожденного иммунитета приводила к увеличению площади нейронального отклика как в обонятельной луковице – центре первичного реагирования, так и в областях вторичной обработки запаховой информации. Повышение нейрональной активности может иметь адаптивное значение как механизм, обеспечивающий рост обонятельной чувствительности, которая играет ключевую роль в идентификации потенциальных источников заражения.

функциональная магнитно-резонансная томография, запахи, ЛПС, мыши линии CD1, врожденный иммунитет, обонятельная луковица

1. Andersen M.B., Zimmer J., Sams-Dodd F. Specific behavioral effects related to age and cerebral ischemia in rats. Pharmacol. Biochem. Behav. 1999;62(4):673-682.

2. Barnard С.J., Behnke J.M., Gage A.R., Brown H., Smothurst P.R. Immunity cost and behavioural modulation in male laboratory mice exposed to the odour of females. Physiol. Behav. 1997;62:857-866.

3. Bhatnagar K.P., Kennedy R.C., Baron G., Greenberg R.A. Number of mitral cells and the bulb volume in the aging human olfactory bulb: a quantitative morphological study. Anat. Rec. 1987;218(1):73-87.

4. Breder C.D., Dinarello C.A., Saper C.B. Interleukin-1 immunoreactive innervation ofthe human hypothalamus. Science. 1988;240:321-324.

5. Chen Y., Getchell T.V., Sparks D.L., Getchell M.L. Patterns of adrenergic and peptidergic innervation in human olfactory mucosa: agerelated trends. J. Comp. Neurol. 1993;334(1):104-116.

6. Dantzer R. Cytokine-induced sickness behavior: Where do we stand? Brain Behav. Immun. 2001;15:7-24.

7. Dong H.W. The Allen Reference Atlas: A Digital Color Brain Atlas of C57BL/6J Male Mouse. John Wiley & Sons, 2008.

8. Drickamer L.C. Urine marking and social dominance in male house mice (Mus musculus domesticus). Behav. Process. 2001;53:113-120.

9. Gibertini M., Newton C., Friedman H., Klein T.W. Spatial learning impairment in mice infected with Legionella pneumophila or administered exogenous interleukin-1-beta. Brain. Behav. Immun. 1995; 9:113-128.

10. Haehner A., Hummel T., Reichmann H. A clinical approach towards smell loss in Parkinson’s disease. J. Parkinson’s. Dis. 2014;4(2): 189-195. https://doi.org/10.3233/JPD-130278

11. Harrison N.A., Brydon L., Walker C., Gray M.A., Steptoe A., Critchley H.D. Inflammation causes mood changes through alterations in subgenual cingulate activity and mesolimbic connectivity. Biol. Psychiat. 2009a;66:407-414.

12. Harrison N.A., Brydon L., WalkerC., Gray M.A., Steptoe A., Dolan R.J., Critchley H.D. Neural origins of human sickness in interoceptive responses to inflammation. Biol. Psychiat. 2009b;66:415-422.

13. Hurst J.L., Fang J., Barnard C.J. The role of substrate odours in maintaining social tolerance between male house mice, Mus musculus domesticus. Anim. Behav. 1993;45:997-1006.

14. Johnson B.A., Farahbod H., Xu Z., Saber S., Leon M. Local and global chemotopic organization: general features of the glomerular representations of aliphatic odorants differing in carbon number. J. Comp. Neurol. 2004;480:234-249.

15. Kalkonde Y.V., Shelton R., Villarreal M., Sigala G., Mishra P.K., Ahuja S.S., Barea-Rodriguez E., Moretti P., Ahuja S.K. The CC chemokine receptor 5 regulates olfactory and social recognition in mice. Neuroscience. 2011;197:153-161.

16. Kauer J.S., Moulton D.G. Responses of olfactory bulb neurons to odour stimulation of small nasal areas in the salamander. J. Physiol. 1974;243:717-737.

17. Krueger J.M., Walter J., Dinarello C.A., Wolff S.M., Chedid L. Sleep-promoting effects of endogenous pyrogen (interleukin-1). Am. J. Physiol. 1984;246:994-999.

18. Kullmann J.S., Grigoleit J.S., Wolf O.T., Engler H., Oberbeck R., Elsenbruch S., Forsting M., Schedlowski M., Gizewski E.R. Experimental human endotoxemia enhances brain activity during social cognition. Soc. Cogn. Affect Neurosci. 2014, 9(6):786-793. DOI.org/10.1093/scan/nst049

19. Litvinova E.A., Goncharova E.P., Zaydman A.M., Zenkova M.A., Moshkin M.P. Female scent signals enhance the resistance of male mice to influenza. PLoS One. 2010;5(3):e9473. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0009473

20. Ma W., Miao Z., Novotny M.V. Role of the adrenal gland and adrenalmediated chemosignals in suppression of estrus in the house mouse: the lee-boot effect revisited. Biol. Reprod. 1998;59:1317-1320.

21. Moshkin M.P., Gerlinskaya L.A., Morozova O.V., Bakhvalova V.N., Evsikov V.I. Behaviour, chemosignals, and endocrine functions in male mice infected with tick-borne encephalitis virus. Psychoneuro-endocrinology. 2002;27(5):603-608.

22. Moshkin M.P., Kolosova I.E., Novikov E.A., Litvinova E.A., Mershieva L.V., Mak V.V., Petrovskii D.V. Co-modulation of the immune function and the reproductive chemosignals. Asian-Aust. J. Anim. Sci. 2001;14:43-51.

23. Novotny M., Jemiolo B., Harvey S., Wiesler D., Marchlewska-Koj A. Adrenal-mediated endogenous metabolites inhibit puberty in female mice. Science. 1986;231:722-725.

24. Pugh C.R., Kumagawa K., Fleshner M., Watkins L.R., Maier S.F., Rudy J.W. Selective effects of peripheral lipopolysaccharide administration on contextual and auditory-cue fear conditioning. Brain Behav. Immun. 1998;12:212-229.

25. Shaw K.N., Commins S., O’Mara S.M. Lipopolysaccharide causes deficits in spatial learning in the watermaze but not in BDNF expression in the rat dentate gyrus. Behav. Brain Res. 2001;124:47-54.

26. Sultan B., May L.A., Lane A.P. The role of TNF-a in inflammatory olfactory loss. Laryngoscope. 2011;121(11):2481-2486.

27. Tirindelli R., Dibattista M., Pifferi S., Menini A. From pheromones to behavior. Physiol. Rev. 2009;89:921-956. https://doi.org/10.1152/physrev.00037.2008

28. Xu F., Liu N., Kida I., Rothman D.L., Hyder F., Shepherd G.M. Odor maps of aldehydes and esters revealed by functional MRI in the glomerular layer of the mouse olfactory bulb. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2003;100(19):11029-11034.

29. Xu F., Schaefer M., Kida I., Liu N., Rothman D.L., Hyder F., Resrtrepo D., Shepherd G.M. Simultaneous activation of mouse main and accessory olfactory bulbs by odors or pheromones. J. Comp. Neurol. 2005;489(4):491-500.