Разовая доза кетамина помогла рыбкам данио не поддаться отчаянию

Кетамин — антагонист NMDA-рецепторов, действующий как средство наркоза, — активно исследуют как средство лечения тяжелой депрессии. Однако до сих пор остается много вопросов о механизмах его действия, в том числе на уровне клеток и нейронных контуров. Авторы статьи в журнале Neuron изучили механизм действия кетамина на интересной модели депрессии — рыбках данио-рерио.

Чтобы смоделировать депрессивное состояние, мальков возрастом 5-8 дней помещали в условия, когда их попытки плавать оказывались бесполезными. Рыбке закрепляли голову в агарозе, оставляя хвост свободным — тогда плавательные движения не позволяли ей сдвинуться с места. Через какое-то время тщетных попыток уплыть рыбка «сдавалась» и прекращала двигаться. В части случаев перемещение имитировали с помощью виртуальной реальности, демонстрируя рыбке смещение окружающего ее паттерна и создавая видимость движения.

Формирование «выученной беспомощности» у рыбки данио.
Credit:
Neuron (2024). DOI: 10.1016/j.neuron.2024.11.011 | CC BY

Затем «сдавшихся» рыбок обрабатывали кетамином. После того, как заканчивалось острое анестезирующее действие, локомоция мальков восстанавливалась — долгосрочных эффектов кетамин не вызывал. Однако он дозозависимо подавлял проявления депрессивного поведения — рыбы быстрее выходили из пассивного состояния, вызванного невозможностью передвигаться.

Авторы решили оценить степень консервативности механизма — полученные на рыбках результаты проверили на мышах. У данио-рерио в случае безрезультатного движения активируется кальциевый сигналинг в астроцитах. Мышей ввергали в аналогичное состояние выученной беспомощности, подвешивая их за хвостик, и параллельно отслеживали уровень кальция в астроцитах, проводя флуоресцентную микроскопию через окно в черепе. Периоды тщетного сопротивления сопровождались постепенным ростом уровня кальция, и его пик приходился на момент, когда мышь сдавалась и переставала двигаться.

Гипотезу о том, что пассивность, вызванная безысходностью, задействует одинаковые механизмы у мышей и рыб, можно подтвердить с помощью антидепрессивных препаратов. Авторы получили свидетельства тому, что как кетамин, так и еще ряд соединений с известным антидепрессивным действием давали схожие результаты у данио-рерио и у млекопитающих.

Далее выяснилось, что после воздействия кетамина уровень кальция в астроцитах рыбок повышался не так активно. Авторы заключили, что кетамин надолго снижает способность астроцитов к активации бесполезным поведением.

В целом кетамин ингибировал локомоцию и подавлял активность нейронов в зрительных и двигательных областях мозга. Однако в небольшом количестве участков он, наоборот, усиливал активность нейронов — в частности, в норадренергических и серотонинергических ядрах заднего мозга.

Последующие эксперименты показали, что именно норадреналин модулировал кальциевый сигналинг в астроцитах — уже известно, что это довольно консервативный регулятор их активности. Рост уровня кальция коррелировал с увеличением количества норадреналина.

Исходя из этого, авторы предположили, что локальное норадреналин-зависимое повышение уровня кальция может препятствовать развитию пассивности. Они вызывали 30-минутное увеличение кальция в астроглии двумя разными методами — опто- и хемогенетически — и анализировали последствия такой стимуляции. Оказалось, что кратковременный рост кальциевого сигналинга в астроцитах имеет долгосрочный эффект и предотвращает пассивное поведение у рыбки, ограниченной в подвижности. Именно этим, по-видимому, объясняется антидепрессивное влияние кетамина — его кратковременное воздействие приводит к длительной десенситизации чувствительных к норадреналину астроцитов, а это, в свою очередь, не дает им повысить уровень кальция в условиях безысходности и вызвать пассивное поведение.

Кетамин ослабил негативные ассоциации у крыс