Πειραματική μελέτη των επιπτώσεων του στρες στη μάθηση και τη μνήμη του χώρου

Abstract

The hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis is known to control the central response to stressful events, by exerting a negative feedback on the hippocampus, hypothalamus and pituitary activity, helping thus the organism to regain its homeostasis. These actions are mediated through the glucocorticoid receptors type I (MRs) and II (GRs), which are vastly abundant in the limbic system. In the last years, an increasing literature has indicated that the levels of these receptors change after stress, in a way that depends on the type of stress, the sex of the animal and the brain area. In this study, we investigated the effects of a chronic and acute restraint stress on spatial learning and memory of adult male and female rats and evaluated the plasma corticosterone and glucocorticoid receptor levels in the hippocampus. For the chronic stress protocol, we used a 21-day, 6 hours a day, restraint stress paradigm. Afterwards, we tested the stressed animals and their age-matched controls on the Morris water maze task. Stressed females performed better than the controls, whereas stressed males performed worse, although stressed females had a higher and longer lasting increase in their plasma corticosterone levels. The performance of ovariectomized animals was not affected by chronic stress. The levels of the hippocampal GRs and MRs were also changed, before and after the water maze task, in a gender-dependent manner; higher levels of GRs in the CA1 hippocampal region before the learning task were associated with better performance in the female rats, whereas lower GR levels in the same region with worse performance in the males. MR levels increased only in the female CA3 after chronic stress. For the acute stress protocol, 6 hours of restraint were applied between the learning and memory session of the water maze task. Again, stressed females performed better and stressed males worse. Although, corticosterone levels were higher in the female animals, only the male hippocampus showed increased GR levels and Heat Shock Protein-70 activation. In conclusion, this study has shown that circulating glucocorticoids and their receptors in the rat hippocampus are affected in a gender-dependent manner after acute and chronic stress and that these changes are probably linked with the changes in spatial learning and memory performance of these animals. In view of the role of the HPA axis in depression and post-traumatic stress disorder, the therapeutic approach should also probably take in account the gender of the patient.

Η απάντηση του οργανισμού στο στρες ρυθμίζεται κεντρικά μέσω της ενεργοποίησης του άξονα Υποθαλάμου –Υπόφυσης- Επινεφριδίων. Η αρνητική παλίνδρομη ρύθμιση που εξασκεί ο άξονας στη δραστηριότητα της υπόφυσης, του υποθαλάμου και του ιπποκάμπου οδηγεί στον ολοκλήρωση της απάντησης στο στρες και στη συνακόλουθη επαναφορά της ομοιόστασης. Η δράση αυτή εξασκείται κυρίως μέσω των υποδοχέων των γλυκοκορτικοειδών, που διακρίνονται σε τύπου Ι (MR) και τύπου ΙΙ (GR). Τα τελευταία χρόνια υπάρχουν ενδείξεις ότι η έκφραση και η λειτουργικότητα των γλυκοκορτικοειδών στον εγκέφαλο και των υποδοχέων τους αλλάζει μετά από έκθεση σε στρεσογόνα ερεθίσματα, με τρόπο που εξαρτάται από το είδος του στρες, την εγκεφαλική περιοχή και το φύλο του πειραματόζωου. Στην παρούσα διατριβή, μελετήσαμε την επίδραση του στρες περιορισμού, στην χωρική μάθηση και μνήμη, σε αρσενικούς, θηλυκούς και ωοθηκεκτομημένους ενήλικους επίμυες, και τις αντίστοιχες αλλαγές στα γλυκοκορτικοειδή του πλάσματος και στους υποδοχείς τους στον ιππόκαμπο. Για τη μελέτη των επιπτώσεων του χρόνιου στρες, τα πειραματόζωα υποβλήθησαν σε 21 ημέρες στρες περιορισμού, 6 ώρες την ημέρα και μετά υποβλήθησαν σε μια δοκιμασία χωρικής μνήμης και μάθησης, τον υδάτινο λαβύρινθο Morris. Τα θηλυκά της ομάδας του χρόνιου στρες βελτίωσαν την επίδοσή τους στη δοκιμασία αυτή, ενώ τα αρσενικά την χειροτέρευσαν. Τα ωοθηκεκτομημένα θηλυκά δεν είχαν αλλαγές στην απόδοσή τους. Η άνοδος της κορτικοστερόνης μετά από το στρες ήταν επίσης εντονότερη στα θηλυκά από ό,τι στα αρσενικά. Τα επίπεδα των υποδοχέων των γλυκοκορτικοειδών επηρεάστηκαν με διαφυλικό τρόπο, πριν και μετά την δοκιμασία του υδάτινου λαβύρινθου: Τα υψηλά επίπεδα GR στην CA1 ιπποκάμπεια περιοχή πριν τη δοκιμασία μάθησης συσχετίστηκαν με τη βελτιωμένη επίδοση στα θηλυκά ενώ τα χαμηλά επίπεδα GR στην ίδια περιοχή με τη χεριοτέρευση της επίδοσης των αρσενικών. Τα επίπεδα των MR στην CA3 περιοχή αυξήθηκαν σημαντικά μόνο στα θηλυκά πειραματόζωα μετά το χρόνιο στρες. Για τη μελέτη των επιπτώσεων του εφάπαξ στρες στη μνημονική ανάκληση, εφαρμόστηκαν 6 ώρες στρες περιορισμού μεταξύ των δοκιμασιών μάθησης και μνήμης. Και σε αυτήν την περίπτωση τα θηλυκά βελτίωσαν την απόδοσή τους, ενώ τα αρσενικά είχαν μειωμένη μνήμη για τη θέση της κρυμμένης πλατφόρμας. Τα θηλυκά πειραματόζωα, μία ημέρα μετά το στρες είχαν ακόμη υψηλά επίπεδα κορτικοστερόνης, ενώ στους νευρώνες του ιπποκάμπου των αρσενικών παρατηρήθηκε πυρηνική μετατόπιση των GR και αύξηση της πρωτε8νης θερμικού σοκ 70. Συμπερασματικά, η παρούσα διατριβή δείχνει ότι τα επίπεδα των κυκλοφορούντων γλυκοκορτικοειδών και των υποδοχεών τους στον ιππόκαμπο μετά από σύντομες και χρόνιες στρεσογόνες καταστάσεις συσχετίζονται πιθανώς με την μάθηση και τη μνήμη του χώρου, με διαφυλικό τρόπο. Λαμβάνοντας υπόψη το ρόλο του ΥΥΕ άξονα στην παθολογία της κατάθλιψης και της μετατραυματικής αγχώδους διαταραχής, ίσως είναι απαραίτητο οι θεραπευτικές προσεγγίσεις να λαμβάνουν υπόψη και το φύλο τους ασθενούς.