Ученые из Цюриха (Швейцария) провели подробный анализ последствий для людей длительных периодов социальной изоляции, в частности в ситуации карантина при COVID-19, и описали молекулярные механизмы, ведущие к поведенческим изменениям. Исследователи рассматривали связи между социальной изоляцией и изменениями экспрессии генов в головном мозге.
Продолжительные периоды социальной изоляции могут иметь пагубные последствия для физиологии и поведения многих организмов, включая людей. Это происходит из-за сложных молекулярных механизмов в тканях тела, которые изучены лишь частично. Известно, что социальная изоляция связана с повышенным артериальным давлением, уровнем С-реактивного белка и фибриногена, снижением моторики и когнитивных функций, возрастающими рисками деменции и психических расстройств. Также она может привести к опасному для здоровья поведению, например курению. Следовательно, социальная изоляция влияет на физиологию, психику и поведение человека.
Грызуны в локдауне
Анализ исследователи начали с описания последствий социальной изоляции у грызунов. У них социальная изоляция оказывает многогранное влияние на физиологию и поведение. Хроническая социальная изоляция (не менее 2 недель) приводит к сложным поведенческим реакциям, характеризующимся усилением агрессивного поведения, высоким уровнем тревожности, депрессии и поведением, подобным ангедонии.
Продолжительная социальная изоляция также влияет на различные аспекты физиологии. Например, показано, что она приводит к снижению объема префронтальной коры больших полушарий – явлению, характерному, среди прочего, для людей с диагностированной шизофренией. Социальная изоляция также влияет на активность оси гипоталамус-гипофиз-надпочечники, которая контролирует реакцию на стресс.
Кроме того, на моделях животных показано, что социальная изоляция может способствовать прогрессированию опухолей и коррелирует с повышенной экспрессией ключевых генов, ответственных за метаболизм липидов и глюкозы в предзлокачественной молочной железе.
Генетика одиночества
Одиночество – это социальное состояние, прочно связанное со смертностью, и на него влияют генетические вариации. Исследование по полногеномному поиску ассоциаций (GWAS) с участием почти полумиллиона участников британского биобанка выявило наличие генетических вариантов, связанных либо с одиночеством, либо с регулярным участием в общественной деятельности. В общей сложности экспрессия 8 генов была связана с предрасположенностью к одиночеству: GPX1, C1QTNF4, C17orf58, MTCH2, BPTF, RP11-159N11.4, CRHR1-IT1 и PLEKHM1. Интересно, что обнаруженная ассоциация была сильнее в областях, близких к генам, экспрессирующимся преимущественно в головном мозге.
Ген BPTF представляет особенный интерес, поскольку он кодирует самую большую субъединицу фактора ремоделирования нуклеосом (NURF), главного регулятора структуры хроматина и экспрессии генов. Этот ген экспрессируется в мозге плода и головном мозге пациентов с нейродегенеративными состояниями, такими как болезнь Альцгеймера. Мутации в BPTF были обнаружены у пациентов с умственной отсталостью, задержкой речи и микроцефалией. Следовательно, генетическая изменчивость, влияющая на экспрессию BPTF, может повлиять на развитие нервной системы и на социальные состояния, такие как одиночество.
В целом, результаты, полученные с помощью GWAS, предполагают, что помимо жизненного опыта, на социальное взаимодействие (в том числе склонность к самоизоляции) могут влиять и генетические механизмы.
Социальная изоляция вызывает изменения в генах
Социальный опыт и сам может изменять транскрипцию генов, а это, в свою очередь, будет влиять на поведенческие реакции.
У Drosophila взрослые самцы мух, подвергшиеся социальной изоляции в течение 4 дней, демонстрируют устойчивые изменения в экспрессии 90 генов, в основном связанных с иммунным ответом.
У грызунов хронический стресс из-за социальной изоляции может спровоцировать широкие изменения в транскрипции (процессе переноса генетической информации с ДНК на РНК) кодирующих и некодирующих белок генов. У взрослых мышей социальная изоляция в течение 8 недель вызывает транскрипционные изменения в генах миелина Mbop и Mobp в олигодендроцитах префронтальной коры головного мозга. 2 недели социальной изоляции вызывают постепенную транскрипцию гена Tact2 в головном мозге и периферических эндокринных тканях, таких как яички. Tact2 кодирует нейропептид нейрокинин B, необходимый для поведенческих реакций, наблюдаемых у мышей, подвергшихся хронической социальной изоляции. У крыс длительная социальная изоляция в течение 6–12 недель вызывает изменения в экспрессии генов в коре и оболочке прилежащего ядра – области мозга, важной для нормальной реакции на эмоциональные стимулы.
Некодирующие РНК регулируют социальное поведение
Некодирующие РНК, такие как микро РНК (miRNA) и длинные некодирующие РНК (lncRNA), являются основными регуляторами экспрессии генов в животном мире.
Предыдущие исследования показали, что различные miRNA модулируют агрессивное, тревожное и депрессивное поведение в качестве реакции на длительную социальную изоляцию. Например, MiR-135 может модулировать функции серотонина путем нацеливания на транспортер серотонина Slc6a4, который подавляется в среднем мозге социально изолированных взрослых мышей. Соответственно, снижение активности гена miR-135 в серотонинергических нейронах приводит к поведению, подобному тревоге и депрессии, в то время как избыточная экспрессия miR-135 формирует устойчивость к хроническому социальному стрессу.
Кроме того, социальная изоляция может негативно влиять на восстановление после инсульта у людей и грызунов, и это было связано с нарушением регуляции miRNA, таких как miR-181c и miR-141. У мышей, которые были социально изолированы после инсульта, наблюдалось постепенное снижение уровней miR-181c в ипсилатеральной коре головного мозга по сравнению с мышами, размещенными после инсульта в группах других особей. Таким образом, miRNA действуют как основные модуляторы патофизиологических реакций после инсульта в контексте социальной изоляции.
LncRNA также могут влиять на социальное поведение мышей с помощью различных механизмов. Например, промотор LncRNA, связанной с моноаминоксидазой A (MAALIN), гипометилирован в нейронах у самоубийц и людей с историей импульсивных агрессивных расстройств.
Предостережение ученых
Как показала история, своевременное введение карантина является эффективной мерой для прекращения распространения вирусов. Страны по всему миру применили эту стратегию во время пандемии COVID-19, что привело к принудительной или добровольной изоляции на несколько месяцев для более чем трети населения мира.
Хотя карантин успешно замедляет распространение вируса, его неэффективное внедрение может вызвать дополнительные проблемы у людей. Текущий карантин из-за COVID-19 привел к росту насилия в семье, страху людей потерять работу, снижению физической активности, изменению сна и усилению беспокойства. Люди воспринимают карантин как серьезный физический и психологический стрессор в течение длительного периода времени.
Ученые только начинают раскрывать молекулярные механизмы, управляющие поведением, связанным с социальной изоляцией. С точки зрения общественного здравоохранения, основное внимание следует уделять физиологическим и психологическим последствиям социальной изоляции для населения в целом. Учитывая, что одиночество у людей было документально связано с повышенной смертностью от всех причин и с воздействием на смертность, сопоставимым с курением, очень важно получить более глубокие знания о молекулярных механизмах, которые этому способствуют.
«Налагаемые правительствами во всем мире правила могут иметь последствия, которых люди не ожидают и которые могут проявляться годами, а возможно, и десятилетиями. Учитывая, что появление и распространение вирусов, которые инфицируют людей, есть и будет постоянной проблемой для человечества, необходима более продуманная стратегия для уменьшения социального взаимодействия, чем введение карантина», – пишут авторы статьи.