Download DOC - Instytut Psychiatrii i Neurologii

Ośrodkowe mechanizmy wpływu kortykosteronu na reakcje lękowe u szczurów
Anna Skórzewska
Zakład Neurochemii, Instytut Psychiatrii i Neurologii w Warszawie
Celem pracy była analiza wpływu przewlekłego podawania kortykosteronu na reakcje lękowe zwierząt i
aktywność wybranych struktur mózgu. Oceniano wpływ jednorazowego i wielokrotnego podawania
kortykosteronu (5 i 20 mg/kg) na reakcje lękowe zwierząt w testach: reakcji neofobii i uwarunkowanego
lęku. Następnie, przy pomocy znacznika aktywacji neuronów (białko c-Fos), przeprowadzono analizę zmian
w aktywacji wybranych struktur, wywołanych kortykosteronem i ekspozycją na kontekst awersyjny.
Jednocześnie analizowano aktywność osi HPA (podwzgórze-przysadka-nadnercza), wyrażoną ekspresją
kortykoliberyny w wybranych strukturach mózgu i stężeniem kortykosteronu w osoczu. Następnie
przeprowadzono ocenę wpływu kortykosteronu na aktywność układów neuroprzekaźnikowych w
grzbietowym hipokampie u czuwających zwierząt, in vivo (mikrodializa).
Jednorazowe podanie kortykosteronu (90 min przed testem otwartego pola i 90 min przed sesją
treningową modelu uwarunkowanego lęku) zwiększało eksplorację nieznanego otoczenia, oraz znacznie
osłabiało reakcję lękową znieruchomienia „freezing” i zwiększało stężenie kortykosteronu oceniane po 24
godzinach. Pojedyncza dawka kortykosteronu nasiała, indukowaną kontekstem awersyjnym, aktywność
neuronalną obszarów drobno- i wielkokomórkowych jąder przykomorowych podwzgórza (pPVN i mPVN),
jąder przyśrodkowych ciała migdałowatego (MeA) oraz obszaru 1 kory obręczy (Cg1). Powyższym
zmianom towarzyszyła zwiększoną ekspresją kortykoliberyny (CRF) w pPVN, mPVN i MeA, obszarze 2
kory obręczy (Cg2) i drugorzędowej korze motorycznej (M2). Natomiast, w jądrach centralnych ciała
migdałowatego (CeA) odnotowano zmniejszenie produkcji kortykoliberyny. Jednorazowe podanie
kortykosteronu w dawce 20 mg/kg zwiększało również stężenie kwasu glutaminowego (Glu),
asparaginowego (Asp) i gamma-aminomasłowego (GABA) w hipokampie. Nie odnotowano zmian
współczynnika Glu/GABA (teoretycznego wskaźnika aktywacji strukturalnej, wyrażonego jako iloraz stężeń
kwasu glutaminowego do GABA).
Przewlekłe podawanie kortykosteronu (przez 25 dni, podanie ostatniej dawki 90 minut przed sesją
treningową modelu uwarunkowanego lęku) zmniejszało eksplorację nieznanego otoczenia, zwiększało
warunkowanie awersyjne i zmniejszało stężenie kortykosteronu w osoczu oceniane podczas sesji testowej.
Kontekst awersyjny zwiększał ekspresję c-Fos w mPVN, zakręcie zębatym hipokampa (DG), Cg1, Cg2 i
pierwszorzędowej korze motorycznej (M1). Przewlekłe podawanie kortykosteronu zmniejszało liczbę
komórek c-Fos-pozytywnych w mPVN i DG, zwiększało w M1, oraz dodatkowo stymulowało aktywność
neuronalną w CeA. Ponadto wielokrotne iniekcje kortykosteronu i ekspozycja na kontekst awersyjny
zmniejszało ekspresję CRF w pPVN, mPVN i DG oraz zwiększało liczbę komórek CRF-pozytywnych w
CeA i korze czołowej (Cg1, Cg2, M2). Przewlekłe podawanie kortykosteronu w dawce 20 mg/kg
powodowało wzrost poziomu podstawowego (bez stymulacji kortykosteronem) Glu i współczynnika
Glu/GABA. Podanie przypominającej dawki kortykosteronu zwierzętom przewlekle traktowanych
hormonem prawie całkowicie obniżało stężenie kwasu glutaminowego w hipokampach oraz zmniejszało
wartość współczynnika Glu/GABA.
Otrzymane wyniki wskazują na przeciwlękowe działanie kortykosteronu po podaniu jednorazowym.
Wydaje się, że nasilona aktywność kory obręczy, MeA, PVN wraz z pobudzeniem osi HPA (wzrost stężenia
kortykosteronu we krwi) pozwalają na lepsze przygotowanie i reakcję organizmu na sytuację stresową (np.:
zwiększenie lokomocji umożliwiające ucieczkę z miejsca zagrożenia). Jednorazowe podanie kortykosteronu
zwiększa również aktywność zarówno systemu aminokwasów pobudzających (Glu, Asp) jak i hamujących
(GABA, Gly) w hipokampach grzbietowych, co prawdopodobnie umożliwia utrzymanie homeostazy w
ośrodkowym układzie nerwowym. Natomiast, w przypadku podań wielokrotnych wykazano działanie
prolękowe kortykosteronu oraz zahamowanie aktywności osi HPA (zmniejszenie ekspresji CRF w PVN i
spadek stężenia kortykosteronu w osoczu). Ponadto, zwiększona ekspresja białka c-Fos w CeA i korze
czołowej mogą być związane z nasileniem reakcji lękowej i nasileniem pamięci awersyjnej. Przewlekłe
podawanie kortykosteronu doprowadziło do wzrostu stężenia Glu w hipokampie, sugerując nasiloną syntezę
kwasu glutaminowego. Podanie przypominającej dawki kortykosteronu hamowało wydzielanie Glu i
zmniejszało wartość współczynnika Glu/GABA. Wydaje się, że taki mechanizm umożliwia utrzymanie
równowagi w aktywności aminokwasowej w ośrodkowym układzie nerwowym oraz służy osłabieniu
procesów neurodegeneracyjnych w hipokampach, wywołanych przez przewlekły stres.
The central effects of corticosterone administration on rat anxiety-like behavior
Anna Skórzewska
Department of Neurochemistry, Institute of Psychiatry and Neurology, Warsaw
The aim of the study was to analyze the influence of chronic corticosterone administration on rat emotional
behavior, and the activity of selected brain structures. The effects of acute and chronic pretreatment of rats
with two doses of corticosterone (5 and 20 mg/kg) were analyzed in two models of fear responses:
neophobia-like behavior in the open field test, and freezing reaction in the conditioned fear test. Behavioral
effects (a freezing reaction) of glucocorticoid administration were compared with changes in the
hypothalamo-pituitary-adrenocortical (HPA) axis function (measured by CRF expression and blood total
corticosterone concentration), and expression of an immediate early gene (c-Fos, a marker of neuronal
activity) in different brain structures. Then, I have compared the effects of acute and chronic administration
of corticosterone on the concentration of neurotransmitter activity, in the dorsal hippocampus, in freely
moving rats (microdialysing in vivo).
Acute pretreatment of rats with corticosterone (90 min before open field test and 90 min before
training session of the conditioned freezing test) enhanced rat exploratory behavior, decreased freezing
reaction, and increased plasma corticosterone concentration, examined 24 h later on the test day. This effect
of corticosterone was accompanied by selective enhancement of stress-induced c-Fos expression in the
parvocellular and magnocellular neurons of the paraventricular hypothalamic nucleus (pPVN, and mPVN),
medial amygdala nucleus (MeA) and cingulate cortex, area 1 (Cg1). Furthermore, acute glucocorticoids
administration induced CRF expression in the pPVN, mPVN, MeA, cingulate cortex, area 2 (Cg2) and
secondary motor cortex (M2). Additionally, single injection of the corticosterone decreased CRF expression
in the central nucleus of the amygdala (CeA). The acute administration of corticosterone (20 mg/kg)
increased also hippocampal concentration of extracellular glutamate (Glu), aspartate (Asp), and gammaaminobutyric acid (GABA). The Glu/GABA (the theoretical parameter defining the local neuronal excitatory
processes) ratio remained unchanged.
Repeated administration of corticosterone (for 25 days, the final injection 90 min before contextual
fear conditioning training) inhibited exploratory behavior, enhanced freezing responses on retest, decreased
plasma corticosterone concentration and produced a complex pattern of changes in c-Fos expression
stimulated by exposure of rats to the aversively conditioned context. Aversive context induced c-Fos
production in the following brain areas: mPVN, dentate gyrus (DG), Cg1, Cg2 and primary motor cortex
(M1). In rats chronically treated with corticosterone this effect was attenuated in the mPVN, and DG,
enhanced in the M1 and additionally observed in the CeA. Furthermore, repeated injection of the
corticosterone decreased aversive context induced CRF expression in the pPVN, mPVN, and DG, enhanced
in the CeA, and frontal cortex (Cg1, Cg2, and M2). In the chronically treated animals, the baseline
concentration of glutamate and the Glu/GABA ratio were increased. Most interestingly, a challenge dose of
corticosterone given to the animals chronically pretreated with this hormone almost completely depleted
hippocampal glutamate, and decreased the Glu/GABA ratio.
The experiments provide evidence for the anxiolytic-like effect of acute corticosterone
administration. It is suggested, that the enhanced activity of cingulated cortex, MeA, pPVN and mPVN, with
ensuing stimulation of the HPA axis and increased serum glucocorticoid concentration, might serve to better
prepare the organism to survive in a threatening situation (e.g. stimulation of exploratory behavior to get
away from aversive environment). The acute administration of corticosterone produced an increase of
hippocampal concentration of both excitatory (Glu, Asp) and inhibitory (GABA, glycine) amino acids,
suggesting that the neurotransmitter homeostatsis in the hippocampus was not affected. On the other hand,
the chronic corticosterone treatment produced the anxiogenic-like effect, and inhibited the HPA axis activity
(i.e. it reduced the expression of CRF in PVN, and decreased blood corticosterone concentration).
Furthemore, the repeated pretreatment of rats with corticosterone enhanced the activity of CeA and frontal
cortex with ensuing improvement of memory of aversive events. The chronic administration of
corticosterone increased also the hippocampal concentration of glutamate, indicating an enhancement of
local glutamate synthesis. A challenge dose of corticosterone given to the animals chronically pretreated
with this hormone almost completely depleted hippocampal glutamate, and decreased the Glu/GABA ratio.
This phenomenon probably reflects an enhancement of feedback mechanisms regulating glutamic acid
reuptake, and has protective influence on the local neuronal population, and inhibits the neurogenerative
processes evoked by chronic stress.