Трансгенез по гену ACE2 усиливает память о психофизиологической травме в модели посттравматического стрессового расстройства у мышей

Введение. Развитие симптомов посттравматического стрессового расстройства (ПТСР) определяется комплексом факторов, которые не ограничиваются принадлежностью к классическим нейротрансмиттерным системам мозга или стрессовым гормонам. В частности, в механизмы ПТСР возможно вовлечение ренин-ангиотензин-альдостероновой системы мозга.

Цель. Изучение влияния экспрессии гена hACE2 ангиотензинпревращающего фермента 2-го типа (ACE2) на тревожность и восприимчивость к психофизиологическому стрессу при моделировании ПТСР-подобного состояния у мышей, осуществленному с применением электрошока (ЭШ) конечностей.

Материалы и методы. Эксперименты были проведены на самцах мышей линий C57Bl/6N и k18-hACE2 возрастом 4–5 месяцев. Было сформировано три группы мышей линии C57Bl/6N: группа «контроль» (n = 7); группа «электрошок (ЭШ)» (n = 7); группа «ЭШ + лизиноприл» (n = 7); две группы мышей линии k18-hACE2: группа «контроль» (n = 7); группа «ЭШ» (n = 8). Проведено обусловливание реакции страха по Павлову с использованием ЭШ конечностей в качестве безусловного стимула. Мыши группы «ЭШ + лизиноприл» в течение 28 дней после психофизиологической травмы получали лизиноприл в дозе 10 мг/кг в сутки с питьевой водой. Оценку экспрессии реакции страха, отражающей память о психофизиологической травме, проводили на 7-е и 28-е сутки после воздействия ЭШ. Величину экспрессии реакции страха оценивали по относительному времени замирания. Для оценки общей локомоторной активности использовали тест «открытое поле». Оценку стратегии стресс-зависимого поведения изучали в тесте подвешивания за хвост; оценку тревожности — в тестах «светло-темная камера» и «приподнятый крестообразный лабиринт». Оценку пространственной навигации и динамики пространственного обучения проводили в тесте «лабиринт Барнса». Поведенческие параметры оценивали при помощи программного обеспечения ANY-maze Video-Tracking Software. Статистический анализ проведен с помощью пакета ПО Prism GraphPad 10.0.

Результаты. При моделировании ПТСР-подобного состояния с помощью ЭШ конечностей у мышей линии k18-hACE2 с экспрессией гена гуманизированного ACE2 под контролем промотора гена цитокератина выявлена более выраженная способность, по сравнению с мышами линии C57Bl/6N, к запоминанию и удержанию памяти об условном стимуле/контексте травмирующего события. После воздействия ЭШ у мышей линии k18-hACE2 тревожность в тесте «светло-темная камера» была ниже по сравнению с мышами линии C57Bl/6N. При этом наблюдали снижение двигательной активности в тесте «открытое поле» и не обнаруживали изменений в пространственной памяти в тесте «лабиринт Барнса». Применение лизиноприла, ингибитора ACЕ, у мышей линии C57Bl/6N в течение 28 дней после ЭШ не приводило к снижению травматической памяти, что свидетельствует о том, что промнестический эффект экспрессии гена hACE2 не является следствием системной гипотензии, и указывает на участие центральных механизмов в реализации эффекта гена hACE2 при формировании патологического фенотипа.

Выводы. Полученные данные свидетельствуют о влиянии гена hACE2 на формирование реакции на стресс у мышей, а именно, экспрессия hACE2 у мышей сопровождается усилением памяти о психофизиологической травме и снижением экстинкции памяти о травме по сравнению с мышами дикого типа, что может определяться модуляцией активности ACE2-зависимого каскада ренин-ангиотензин-альдестероновой системы в мозге. Уменьшение регулирования активности РААС при применении ингибитора ACE лизиноприла с гипотензивным действием не оказывало влияния на память у мышей дикого типа.

1. Wang CX, Kohli R, Olaker VR, Terebuh P, Xu R, Kaelber DC, et al. Risk for diagnosis or treatment of mood or anxiety disorders in adults after SARS-CoV-2 infection, 2020–2022. Molecular Psychiatry. 2024;29(5):1350–60. https://doi.org/10.1038/s41380-024-02414-x

2. Hoffmann M, Kleine-Weber H, Schroeder S, Krüger N, Herrler T, Erichsen S, et al. SARS-CoV-2 Cell Entry Depends on ACE2 and TMPRSS2 and Is Blocked by a Clinically Proven Protease Inhibitor. Cell. 2020;181(2):271–80.e8. https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.02.052

3. Li W, Moore MJ, Vasilieva N, Sui J, Wong SK, Berne M.A, et al. Angiotensin-converting enzyme 2 is a functional receptor for the SARS coronavirus. Nature. 2003;4269(6965):450–4. https://doi.org/10.1038/nature02145

4. Li XC, Zhang J, Zhuo JL. The vasoprotective axes of the renin-angiotensin system: Physiological relevance and therapeutic implications in cardiovascular, hypertensive and kidney diseases. Pharmacological Research. 2017;125:21–38. https://doi.org/10.1016/j.phrs.2017.06.005

5. Correa BHM, Becari L, Fontes MAP, Simões-e-Silva AC, Kangussu LM. Involvement of the Renin-Angiotensin System in Stress: State of the Artand Research Perspectives. Current Neuropharmacology. 2022;20(6):1212–28. https://doi.org/10.2174/1570159X19666210719142300

6. Yang XH, Deng W, Tong Z, Liu YX, Zhang LF, Zhu H, et al. Mice transgenic for human angiotensin-converting enzyme 2 provide a model for SARS coronavirus infection. Comparative Medicine. 2007;57(5):450–9.

7. Cheyne I, Gopinath VS, Muppa N, Armas AE, Gil Agurto MS, Akula SA, et al. The Neurological Implications of COVID-19: A Comprehensive Narrative Review. Cureus. 2024;16(5):e60376. https://doi.org/10.7759/cureus.60376

8. Lima AM, Xavier CH, Ferreira AJ, Raizada MK, Wallukat G, Velloso EP, et al. Activation of angiotensin-converting enzyme 2/ angiotensin-(1–7)/Mas axis attenuates the cardiac reactivity to acute emotional stress. American Journal of Physiology: Heart and Circulatory Physiology. 2013;305(7):H1057–67. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00433.2013

9. Meng Y, Yu CH, Li W, Li T, Luo W, Huang S, et al. Angiotensin-Converting Enzyme 2/Angiotensin-(1-7)/Mas Axis Protects against Lung Fibrosis by Inhibiting the MAPK/ NF-κB Pathway. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. 2014;50(4):723–36. https://doi.org/10.1165/rcmb.2012-0451OC

10. Grobe JL, Xu D, Sigmund CD. An Intracellular Renin-Angiotensin System in Neurons: Fact, Hypothesis, or Fantasy. Physiology. 2008;23(4):187–93. https://doi.org/10.1152/physiol.00002.2008

11. Martinelli S, Anderzhanova EA, Bajaj T, Wiechmann S, Dethloff F, Weckmann K, et al. Stress-primed secretory autophagy promotes extracellular BDNF maturation by enhancing MMP9 secretion. Nature Communication. 2021;12(1):4643. https://doi.org/10.1038/s41467-021-24810-5

12. Azaryan A, Barkhudaryan N, Galoyan A, Lajtha A. Action of brain cathepsin B, cathepsin D, and high-molecular-weight aspartic proteinase on angiotensins I and II. Neurochemical Research. 1985;10(11):1525–32. https://doi.org/10.1007/BF02430602

13. Rukavina Mikusic NL, Pineda AM, Gironacci MM. Angiotensin-(1-7) and Mas receptor in the brain. Exploration of Medicine. 2021;2(3):268–93. https://doi.org/10.37349/emed.2021.00046

14. Kerr DS, Bevilaqua LRM, Bonini JS, Rossato JI, Köhler CA, Medina JH, et al. Angiotensin II blocks memory consolidation through an AT2 receptor-dependent mechanism. Psychopharmacology. 2005;179(3):529–35. https://doi.org/10.1007/s00213-004-2074-5

15. De Kloet AD, Cahill KM, Scott KA, Krause EG. Overexpression of angiotensin converting enzyme 2 reduces anxiety-like behavior in female mice. Physiology & Behavior. 2020;224:113002. https://doi.org/10.1016/j.physbeh.2020.113002

16. Wang L, De Kloet AD, Pati D, Hiller H, Smith JA, Pioquinto DJ, et al. Increasing brain angiotensin converting enzyme 2 activity decreases anxiety-like behavior in male mice by activating central Mas receptors. Neuropharmacology. 2016;105:114–23. https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2015.12.026

17. Kao CY, Stalla G, Stalla J, Wotjak CT, Anderzhanova E. Norepinephrine and corticosterone in the medial prefrontal cortex and hippocampus predict PTSD-like symptoms in mice. European Journal of Neuroscience. 2015;41(9):1139–48. https://doi.org/10.1111/ejn.12860

18. Kamprath K, Wotjak CT. Nonassociative learning processes determine expression and extinction of conditioned fear in mice. Learning Memory. 2004;11(6):770–86. https://doi.org/10.1101/lm.86104

19. Motulsky HJ, Brown RE. Detecting outliers when fitting data with nonlinear regression — a new method based on robust nonlinear regression and the false discovery rate. BMC Bioinformatics. 2006;7(1):123. https://doi.org/10.1186/1471-2105-7-123

20. Yamagata R, Nemoto W, Nakagawasai O, Takahashi K, Tan-No K. Downregulation of spinal angiotensin converting enzyme 2 is involved in neuropathic pain associated with type 2 diabetes mellitus in mice. Biochemical Pharmacology. 2020;174:113825. https://doi.org/10.1016/j.bcp.2020.113825

21. Albrecht D. Angiotensin-(1-7)-induced plasticity changes in the lateral amygdala are mediated by COX-2 and NO. Learning Memory. 2007;14(3):177–84. https://doi.org/10.1101/lm.425907

22. Hellner K, Walther T, Schubert M, Albrecht D. Angiotensin-(1-7) enhances LTP in the hippocampus through the G-protein-coupled receptor Mas. Molecular and Cellular Neuroscience. 2005;29(3):427–35. https://doi.org/10.1016/j.mcn.2005.03.012

23. Almeida-Santos AF, Kangussu LM, Moreira FA, Santos RAS, Aguiar DC, Campagnole-Santos MJ. Anxiolytic- and antidepressant-like effects of angiotensin-(1–7) in hypertensive transgenic (mRen2)27 rats. Clinical Science. 2016;130(14):1247–55. https://doi.org/10.1042/CS20160116

24. Kangussu LM, Almeida-Santos AF, Bader M, Alenina N, Fontes MA, Santos RA, et al. Angiotensin-(1-7) attenuates the anxiety and depression-like behaviors in transgenic rats with low brain angiotensinogen. Behavioural Brain Research. 2013;257:25–30. https://doi.org/10.1016/j.bbr.2013.09.003

25. Fontes MA, Martins Lima A, dos Santos RAS. Brain angiotensin-(1-7)/Mas axis: A new target to reduce the cardiovascular risk to emotional stress. Neuropeptides. 2016;56:9–17. https://doi.org/10.1016/j.npep.2015.10.003

26. Marvar PJ, Goodman J, Fuchs S, Choi DC, Banerjee S, Ressler KJ. Angiotensin Type 1 Receptor Inhibition Enhances the Extinction of Fear Memory. Biological Psychiatry. 2014;75(11):864–72. https://doi.org/10.1016/j.biopsych.2013.08.024

27. Braszko JJ. AT 2 but not AT 1 receptor antagonism abolishes angiotensin II increase of the acquisition of conditioned avoidance responses in rats. Behavioural Brain Research. 2002;131(1–2):79–86. https://doi.org/10.1016/S0166-4328(01)00349-7

28. Raghavendra V, Chopra K, Kulkarni SK. Comparative studies on the memory-enhancing actions of captopril and losartan in mice using inhibitory shock avoidance paradigm. Neuropeptides. 2001;35(1):65–9. https://doi.org/10.1054/npep.2000.0845

29. Cohen H, Kaplan Z, Koresh O, Matar MA, Geva AB, Zohar J. Early post-stressor intervention with propranolol is ineffective in preventing posttraumatic stress responses in an animal model for PTSD. European Neuropsychopharmacology. 2011;21(3):230–40. https://doi.org/10.1016/j.euroneuro.2010.11.011

30. Nylocks KM, Michopoulos V, Rothbaum AO, Almli L, Gillespie CF, Wingo A, et al. An angiotensin-converting enzyme (ACE) polymorphism may mitigate the effects of angiotensin-pathway medications on posttraumatic stress symptoms. American Journal of Medical Genetics Part B. 2015;168(4):307–15. https://doi.org/10.1002/ajmg.b.32313

31. Ferrario CM, Jessup J, Chappell MC, Averill DB, Brosnihan KB, Tallant EA, et al. Effect of Angiotensin-Converting Enzyme Inhibition and Angiotensin II Receptor Blockers on Cardiac Angiotensin-Converting Enzyme 2. Circulation. 2005;111(20):2605–10. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.104.510461

32. Imai Y, Kuba K, Rao S, Huan Y, Guo F, Guan B, et al. Angiotensin-converting enzyme 2 protects from severe acute lung failure. Nature. 2005;436(7047):112–6. https://doi.org/10.1038/nature03712

33. Ishiyama Y, Gallagher PE, Averill DB, Tallant EA, Brosnihan KB, Ferrario CM. Upregulation of Angiotensin-Converting Enzyme 2 After Myocardial Infarction by Blockade of Angiotensin II Receptors. Hypertension. 2004;43(5):970–6. https://doi.org/10.1161/01.HYP.0000124667.34652.1a

34. Karram T, Abbasi A, Keidar S, Golomb E, Hochberg I, Winaver J, et al. Effects of spironolactone and eprosartan on cardiac remodeling and angiotensin-converting enzyme isoforms in rats with experimental heart failure. American Journal of Physiology: Heart and Circulatory Physiology. 2005;289(4):H1351–8. https://doi.org/10.1152/ajpheart.01186.2004

35. Supé S, Kohse F, Gembardt F, Kuebler WM, Walther T. Therapeutic time window for angiotensin-(1–7) in acute lung injury. British Journal of Pharmacology. 2016;173(10):1618–28. https://doi.org/10.1111/bph.13462