Морфофункциональные изменения слизистой оболочки пищеварительного тракта крыс в модели посттравматического стрессового расстройства

Хронический стресс приводит к психическим расстройствам, включая посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) и заболеваниям желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), которые часто взаимосвязаны. Однако ПТСР может развиться после сильного острого стресса, каким является витальный стресс. Какие происходят при этом повреждения ЖКТ не изучено. Цель. Исследование изменений слизистой оболочки пищеварительного тракта в отдаленном периоде после однократного стрессового воздействия угрозы жизни. Материалы и методы. Поведенческую активность (общую двигательную, ориентировочно-исследовательскую деятельность, тревожность) крыс оценивали в тесте «Открытое поле» на 16-й день после стресса. Гистологическое исследование ткани тонкой и толстой кишки включало морфометрический анализ длины ворсинок и глубины крипт, количества бокаловидных клеток (окрашивание альциановым синим), оценку пролиферативной активности кишечного эпителия (иммуногистохимическая реакция на фосфорилированный гистон Н3), ультраструктуры энтероцитов и колоноцитов (электронная микроскопия). Результаты исследования. В отдаленном периоде после однократного воздействия стресса угрозы жизни у крыс развились проявления ПТСР в виде повышенной тревожности и сниженной исследовательской активности, которые сопровождались морфологическими изменениями слизистой оболочки кишечника. В толстой кишке увеличивалась глубина крипт, в тонкой кишке удлинялись ворсинки, а в криптах возрастало количество бокаловидных клеток и уменьшалось количество клеток, иммунопозитивных по фосфорилированному гистону H3. В энтероцитах и колоноцитах обнаружено разрушение микроворсинок и митохондрий, а также показана транслокация бактерий в эпителиальный пласт. Выявленные изменения могут свидетельствовать о нарушении созревания и миграции бокаловидных клеток на фоне общего снижения пролиферативной активности эпителия, а также о повреждении кишечного барьера. Заключение. Развитие ПТСР после однократного эпизода витального стресса сопровождается структурно-функциональными перестройками в слизистой оболочке кишечника и нарушением целостности кишечного барьера. Это необходимо учитывать при лечении постстрессовых расстройств и проводить терапию, направленную на восстановление структуры и функции кишечного барьера.

витальный стресс, посттравматическое стрессовое расстройство, слизистая оболочка, пищеварительный тракт

1. Glynn H., Möller S.P., Wilding H., Apputhurai P., Moore G., Knowles S.R. Prevalence and Impact of Post-traumatic Stress Disorder in Gastrointestinal Conditions: A Systematic Review. Dig Dis Sci. 2021; 66(12):4109-4119. doi: 10.1007/s10620-020-06798-y.

2. Appleton J. The Gut-Brain Axis: Influence of Microbiota on Mood and Mental Health.Integr Med (Encinitas). 2018; 17(4):28-32.

3. Margolis K.G., Cryan J.F., Mayer E.A. The Microbiota-Gut-Brain Axis: From Motility to Mood. Gastroenterology. 2021; 160(5):1486-1501. doi: 10.1053/j.gastro.2020.10.066.

4. Khalturina Е.О., Klueva L.А., Boshiyan R.E., Zembatov G.M., Alimova A.M. Gut Microbiome in Stress- related Disorders: The New Approaches to Neuroinfl amation syndrome. Experimental and Clinical Gastroenterology. 2021; 196(12): 74-82. (In Russ.) doi: 10.31146/1682-8658-ecg-196-12-74-82.@@ Халтурина Е.О., Клюева Л.А., Бошьян Р.Е., Зембатов Г.М., Алимова А.М. Микробиом кишечника при стресс-индуцированных расстройствах: новый взгляд на синдром нейровоспаления. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2021;196(12): 74-82. doi: 10.31146/1682-8658-ecg-196-12-74-82.

5. Nagpal R., Yadav H. Bacterial Translocation from the Gut to the Distant Organs: An Overview. Ann Nutr Metab. 2017; 71(1):11-16. doi: 10.1159/000479918.

6. Zheng P.Y., Feng B.S., Oluwole C., Struiksma S., Chen X., Li P., Tang S.G., Yang P.C. Psychological stress induces eosinophils to produce corticotrophin releasing hormone in the intestine. Gut. 2009; 58(11):1473-1479. doi: 10.1136/gut.2009.181701.

7. Stakenborg N., Viola M.F., Boeckxstaens G.E.Intestinal neuro-immune interactions: focus on macrophages, mast cells and innate lymphoid cells. Curr Opin Neurobiol. 2020; 62: 68-75. doi: 10.1016/j.conb.2019.11.020.

8. Kelly J.R., Kennedy P.J., Cryan J.F., Dinan T.G., Clarke G., Hyland N.P. Breaking down the barriers: the gut microbiome, intestinal permeability and stress-related psychiatric disorders. Front Cell Neurosci. 2015; 9:392. doi: 10.3389/fncel.2015.00392.

9. Foster J.A., Rinaman L., Cryan J.F. Stress & the gut-brain axis: Regulation by the microbiome. Neurobiol Stress. 2017; 7:124-136. doi: 10.1016/j.ynstr.2017.03.001.

10. Ensari A., Marsh M.N. Exploring the villus. Gastroenterol Hepatol Bed Bench. 2018; 11(3):181-190.

11. Keskin G. Approach to stress endocrine response: somatization in the context of gastroenterological symptoms: a systematic review. Afr Health Sci. 2019; 19(3): 2537-2545. doi: 10.4314/ahs.v19i3.29.

12. Li Y., Wan H., Ma R., Liu T., Chen Y., Dong Y. Chronic Stress That Changed Intestinal Permeability and Induced Inflammation Was Restored by Estrogen.Int. J. Mol. Sci. 2023; 24:12822. doi: 10.3390/ijms241612822.

13. Leigh S.J., Uhlig F., Wilmes L. et al. The impact of acute and chronic stress on gastrointestinal physiology and function: a microbiota-gut-brain axis perspective. J Physiol. 2023; 601(20):4491-4538. doi: 10.3390/10.1113/JP281951.

14. Wei W., Liu Y., Hou Y. et al. Psychological stress-induced microbial metabolite indole-3-acetate disrupts intestinal cell lineage commitment. Cell Metab. 2024; 36(3):466-483.e7. doi: 10.1016/j.cmet.2023.12.026.

15. Tsikunov S.G., Pshenichnaya A.G., Klyueva N.N., Vinogradova T.V., Denisenko A.D. Vital stress causes long-lasting behavioral disorders and lipid metabolism deviations in female rats. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2016; 14 (4):32-41 (In Russ.) doi: 10.17816/RCF14432-41.@@ Цикунов С.Г., Пшеничная А.Г., Клюева Н.Н., Виноградова Т.В., Денисенко А.Д. Витальный стресс вызывает длительные расстройства поведения и обмена липидов у самок крыс. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2016; 14(4):32-41. doi: 10.17816/RCF14432-41.

16. Tsikunov S.G., Pyatibrat E.D., Gordienko A.V. et al. Specific changes in lipid spectrum during long-term period after vital stress in animal experiments and humans. Vestnik of Saint Petersburg University. 2012; Series 11: Medicine 2:155-160. (In Russ.) doi: 10.1111/ppc.12362.@@ Цикунов С.Г., Пятибрат Е.Д., Гордиенко А.В. и др. Особенности изменения спектра липидов в отдаленном периоде витального стресса в эксперименте на животных и у людей. Вестник СПбГУ. 2012. Серия 11: Медицина 2: 155-160. doi: 10.1111/ppc.12362.

17. Sanchís-Ollé M., Belda X., Gagliano H., Visa J., Nadal R., Armario A. Animal models of PTSD: Comparison of the neuroendocrine and behavioral sequelae of immobilization and a modified single prolonged stress procedure that includes immobilization. J Psychiatr Res. 2023; 160:195-203. doi: 10.1016/j.jpsychires.2023.02.020.

18. Zhang L., Deng L., Ma C., Zhang H., Dang Y. Brain-Derived Neurotrophic Factor Delivered Intranasally Relieves Post-Traumatic Stress Disorder Symptoms Caused by a Single Prolonged Stress in Rats. Neuropsychobiology. 2023; 82(1):40-50. doi: 10.1159/000528755.

19. Grigorev I.P., Korzhevskii D.E. Current technologies for fixation of biological material for immunohistochemical analysis (review). Sovremennye tehnologii v medicine. 2018; 10(2): 156-165. doi: 10.17691/stm2018.10.2.19.

20. Korzhevskiy D.E., Kirik O.V., Beznin G.V. Method of selective demonstration of proliferating cells in the structures of developing nervous system based on the detection of phosphorylated H3 histone. Morphology. 2012; 142 (6):69-72. (In Russ.) doi: 10.17816/morph.399626.@@ Коржевский Д.Э., Кирик О.В., Безнин Г.В. Метод селективного выявления пролиферирующих клеток в структурах формирующейся нервной системы, основанный на определении фосфорилированного гистона Н3. Морфология. 2012; 142 (6):69-72. doi: 10.17816/morph.399626.

21. Schindelin J., Arganda-Carreras I., Frise E. et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nat. Methods. 2012; 9(7):676-682. doi: 10.1038/nmeth.2019.

22. Hajibagheri M.A. Preparation of double/single-stranded DNA and RNA molecules for electron microscopy. Methods Mol Biol. 1999; 117:209-227. doi: 10.1385/1-59259-201-5:209.

23. Tsikunov S.G., Makarova T.M., Kusov A.G., Shabaev V.V. [The Effect of “Pure” Psychogenic Trauma on the Structure of Emotional Behavior in Rats]. Current Issues in Fundamental Research in Biology and Medicine. Saint Petersburg: Nauka. 2000; 184-185. (In Russ.)@@ Цикунов С.Г., Макарова Т.М., Кусов А.Г., Шабаев В.В. Влияние «чистой» психогенной травмы на структуру эмоционального поведения крыс. Актуальные проблемы фундаментальных исследований в области биологии и медицины. СПб.: Наука. 2000; 184-185.

24. Chen L.J., Shen B.Q., Liu D.D., Li S.T. The effects of early-life predator stress on anxiety- and depression-like behaviors of adult rats. Neural Plast. 2014:163908. doi: 10.1155/2014/163908.

25. Campos A.C., Fogaça M.V., Aguiar D.C., Guimarães F.S. Animal models of anxiety disorders and stress. Braz J Psychiatry. 2013; 35(2): S101-S111. doi: 10.1590/1516-4446-2013-1139.

26. Sestakova N., Puzserova A., Kluknavsky M., Bernatova I. Determination of motor activity and anxiety-related behaviour in rodents: methodological aspects and role of nitric oxide.Interdiscip Toxicol. 2013; 6(3):126-135. doi: 10.2478/intox-2013-0020.

27. Takeuchi K., Furukawa O., Okabe S. Induction of duodenal ulcers in rats under water-immersion stress conditions. Influence of stress on gastric acid and duodenal alkaline secretion. Gastroenterology. 1986; 91(3):554-63. doi: 10.1016/0016-5085(86)90622-0.

28. Tarasova T.V., Mosina L.M., Tarasov R.S. et al. Changes in the lipid balance in the gastric mucosa in rats under acute stress. Morphology. 2024; 162 (2):154-163. (In Russ.) doi: 10.17816/morph.628983.@@ Тарасова Т.В, Мосина Л.М., Тарасов Р.С. и др. Изменение липидного баланса в слизистой оболочке желудка у крыс при остром стрессе. Морфология. 2024; 162 (2):154-163. doi: 10.17816/morph.628983.

29. Leigh S.J., Uhlig F., Wilmes L. et al. The impact of acute and chronic stress on gastrointestinal physiology and function: a microbiota-gut-brain axis perspective. J Physiol. 2023; 601(20):4491-4538. doi: 10.1113/JP281951.

30. Shah J., Deas S.B., Ren C., Jilling T., Brawner K.M., Martin C.A. The Effects of Gestational Psychological Stress on Neonatal Mouse Intestinal Development. J Surg Res. 2019; 235:621-628. doi: 10.1016/j.jss.2018.10.054.

31. Zhang Y., Duan C., Wu S. et al. Knockout of IL-6 mitigates cold water-immersion restraint stress-induced intestinal epithelial injury and apoptosis. Front Immunol. 2022; 13:936689. doi: 10.3389/fimmu.2022.936689.

32. Taylor S.R., Ramsamooj S., Liang R.J., Katti A., Pozovskiy R., Vasan N., Hwang S.K., Nahiyaan N., Francoeur N.J. et al. Dietary fructose improves intestinal cell survival and nutrient absorption. Nature. 2021; 597(7875):263-267. doi: 10.1038/s41586-021-03827-2.

33. Bai X. A55 Chronic stress impairs the intestinal cryptal stem cell cycle and paneth cell proliferation. Journal of the Canadian Association of Gastroenterology. 2025; 8(1): i22-i23. doi: 10.1093/jcag/gwae059.055.

34. Zhang Y., Duan C., Wu S. et al. Knockout of IL-6 mitigates cold water-immersion restraint stress-induced intestinal epithelial injury and apoptosis. Front Immunol. 2022; 13:936689. doi: 10.3389/fimmu.2022.936689.

35. Palomar M.M., Bru E., Maldonado Galdeano C., Perdigón G. Oral probiotics supplementation can stimulate the immune system in a stress process. Journal of Nutrition and Intermediary Metabolism. 2017; 8:29-40.doi: 10.1016/j.jnim.2017.06.001.

36. Chen X., Yang Z., Hu H. et al. Differentiation and Proliferation of Intestinal Stem Cells and its Underlying Regulated Mechanisms during Weaning. Curr Protein Pept Sci. 2019; 20(7):690-695. doi: 10.2174/1389203720666190125101834.