Нейродегенеративные процессы и гибель клеток в инъекционных моделях болезни Альцгеймера

Декабрь 7, 2015 / Комментарии 0

Важным аспектом моделирования нейродегенеративной патологии является наличие структурных изменений нейронов и/или их гибель. В этом отношении введение AF64A не позволяет существенно приблизиться к моделированию гистопатологических изменений, наблюдающихся при БA. Было показано, что AF64A существенно уменьшает число холинергических нейронов в медиальном ядре перегородки. Указанные эффекты являются дозозависимыми, и использование больших доз AF64A влечет за собой возникновение неспецифических последствий, связанных с высокой токсичностью этого соединения по отношению к нервным клеткам. Например, односторонняя инъекция AF64A в черную субстанцию у крыс вызывает разрушение дофаминергических нейронов и вызванное этим ипсилатеральное вращение.

Несмотря на то что в культуре холинергических клеток NG108-15AF64A вызывает апоптоз, ранее было показано, что апоптоз в мозге крыс после введения этого токсина не связан с его специфическим холинотоксическим эффектом. Более того, апоптозу подвергаются как нервные, так и не нервные клетки преимущественно в области, прилегающей к месту введения. Гибель клеток может быть связана также с повреждением генома, которое вызывается алкилирующим действием AF64A на нуклеиновые кислоты. Наряду с алкилированием причиной повреждения нуклеиновых кислот может являться активация процессов свободнорадикального окисления. Окислительный стресс может быть одним из инициаторов апоптотической гибели клеток, которую вызывает AF64A in vivo и in vitro. Н. Гуляева и др. показали, что в течение первой недели после введения AF64A происходило накопление продуктов перекисного окисления липидов и усиление генерации активных форм кислорода в коре больших полушарий, гиппокампе и подкорковых структурах. При этом наблюдалось компенсаторное усиление антирадикальной защиты. В пользу возможного участия механизмов окислительного стресса в нейротоксических эффектах AF64A свидетельствуют и работы ряда других авторов, которые на этой модели продемонстрировали защитное влияние различных видов воздействий, обладающих способностью купировать окислительный стресс, таких как введение антиоксиданта витамина E, ганглиозидов, или трансплантация эмбриональной ткани (по-видимому, за счет повышения уровня нейротрофических факторов, поддерживающих антиоксидантную защиту).

Введение AF64A вызывает снижение активности синтазы оксида азота (NO-синтазы) в гиппокампе. Этот эффект был непродолжительным и по времени совпадал с интенсивным окислительным стрессом. Кроме того, наблюдалось снижение числа клеток, экспрессирующих гистохимический маркер NO-синтазы — НАДФН-диафоразу — в ядрах перегородки. По данным литературы, ингибирование NO-синтазы метиловым эфиром N-нитрo-L-aргининa способствовало усилению холинотоксического эффекта AF64A. Ингибиторы специфических изоформ NO-синтазы не влияют существенно на нейротоксичность AF64A. Это свидетельствует о том, что в этой модели БА снижение активности NO-синтазы способствует развитию септо-гиппокампальной нейродегенерации. Возможно, именно недостаточная генерация NO за счет инактивации NO-синтазы и гибели содержащих ее клеток перегородки является одной из причин токсичности AF64A.

Исчезновение иммунореактивности к XAT в комплексе медиальное септальное ядро — диагональное ядро полоски Брока является отличительной чертой патологических процессов в мозге после введения 192-IgG-cапоринa. Несмотря на то что отмечается специфический эффект этого токсина на нейроны крупноклеточного холинергического комплекса базальных ядер, авторы не приводят явных доказательств гибели нейронов в этой области мозга. Позднее те же авторы, используя электронную микроскопию, показали наличие дегенерирующих нейронов в медиальной септальной области через 7 дней после введения нейротоксина, однако они не привели никаких количественных данных.

Гистологические исследования после введения агрегированного Аβ(25-35) в боковой желудочек мозга мышей выявили умеренную, но достоверную потерю клеток во фронто-париетальной коре и гиппокампе. Более того, авторам этой работы удалось установить наличие диффузных депозитов Aβ в коре больших полушарий. К сожалению, в аналогичных экспериментах, проведенных на крысах с использованием того же пептида, не удалось обнаружить образования отложений Aβ, хотя гибель нейронов наблюдалась регулярно в коре больших полушарий, гиппокампе, базальных ядрах переднего мозга.

Динамика возникновения патологических изменений в мозге крыс после введения агрегированного Аβ(25-35) в боковые желудочки была прослежена в ряде работ. Было установлено, что выраженные патологические изменения в гиппокампе, базальных ядрах проявляются не ранее чем через месяц после введения пептида. Вместе с тем существенная потеря нейронов поля CA1 гиппокампа возникает примерно через три месяца после воздействия. Более того, нейропатологические изменения в гиппокампе и фронто-париетальной коре сохраняются примерно в течение шести месяцев после введения Аβ(25-35). Важно заметить, что нарушения поведения, вызываемые Аβ, наблюдаются даже после однократной инъекции и происходят при отсутствии накоплений Aβ в мозге. Это особенно интересно с точки зрения патофизиологии и симптоматики БА. Известно, что специфические нарушения памяти при БА происходят в первые несколько лет развития болезни, когда значительных накоплений Aβ в форме бляшек еще не наблюдается. Следовательно введение Aβ может служить моделью для изучения изменений в мозге, наблюдаемых на ранних стадиях БА.

И. Ямагучи и С. Кавашима показали, что число ХАТ-позитивных нейронов в медиальном септальном ядре и активность XAT были достоверно снижены через 8 дней после инъекции Аβ(25-35) в боковые желудочки. Авторы предположили, что это снижение связано с гибелью холинергических нейронов, хотя и не проводили подсчета клеток. Полученные нами данные четко показывают, что нейроны медиальной перегородки не исчезают, т.к. число клеток, экспрессирующих нейрональный ядерный белок NeuN, маркер нейронов, не изменяется после введения Аβ(25-35), хотя наличия признаков дегенерации у этих клеток также исключить нельзя. Эти результаты подтверждают полученные нами ранее данные об отсутствии существенных морфологических изменений в медиальном септальном ядре после интрацеребровентрикулярного введения агрегированного Аβ(25-35). Можно предположить, что наблюдавшиеся в этой работе нарушения памяти не связаны с гибелью холинергических нейронов медиальной перегородки. He исключено, однако, что длительные и стойкие нарушения памяти возникают, когда проявляются дополнительные повреждения мозга, такие как нейродегенерация в гиппокампе, базальных ядрах и/или в неокортексе.

Введение Аβ(25-35) вызывало снижение активности генов XAT и везикулярного транспортера ацетилхолина (BTAX) в медиальной септальной области без (до?) гибели холинергических нейронов. Гены XAT и BTAX находятся в так называемом холинергическом локусе 10-й хромосомы и регулируются согласованно. Эти два гена отвечают за продукцию белков, необходимых для проявления холинергического фенотипа. Было установлено, что явное снижение числа ХАТ-позитивных нейронов возникало в медиальном септальном ядре через 12 дней после введения Аβ(25-35), тогда как уровни мРНК XAT и BTAX у этих животных не отличались от контрольных. Интересно, что несколько групп исследователей показали, что ранние эффекты Aβ в культуре нейронов могут быть связаны с его влиянием на процессы синтеза белка. Так, X. Шан и др. продемонстрировали, что уровень синтеза белка снижен в морфологически интактных нейронах через сутки после аппликации Aβ в первичную культуру нейронов. Эти авторы предположили, что такой эффект Aβ связан с появлением большого числа тяжелых полирибосом. Эти данные недавно были подтверждены в условиях in vivo. Введение Аβ(25-35) в гиппокамп сопровождалось снижением уровня синтеза белка из-за избыточного образования тяжелых полирибосом. Сходный эффект был обнаружен и через 14 дней после интрацеребровентрикулярного введения Аβ(25-35). Эти данные могут объяснить, почему при «нормальном» уровне экспрессии мРНК XAT в медиальной септальной области, обнаруженном через 12 дней после инъекции Аβ(25-35) в боковые желудочки, наблюдалось снижение экспрессии белка ХАТ, оцененное по числу ХАТ-позитивных клеток. Кроме того, нарушения синтеза белка могли быть вызваны избыточной генерацией активных форм кислорода, которые способны окислять РНК и вызывать образование тяжелых полирибосом. Окислительный стресс развивается в мозге в течение первого месяца после инъекции Aβ. Известно также, что олигомерные формы Aβ ингибируют процессы трансляции in vitro. Помимо этого было убедительно показано, что утрата фенотипических особенностей не всегда сопровождается гибелью клетки. Так, в работе сообщалось, что адаптация к определенным условиям среды может приводить к смене адренергического на холинергический фенотип в нейронах. О.М. Лазо с сотрудниками показали, что через 3 недели после аксотомии наблюдается утрата холинергического фенотипа в нейронах медиального септального ядра. При этом происходит даун-регуляция рецепторов фактора роста нервов, что снижает возможность этих нейронов реагировать на нейротрофин. В нашей работе также было обнаружено достоверное снижение мРНК-специфического рецептора фактора роста нервов Ntrk1 (TrkA), при этом уровень мРНК был достоверно ниже у крыс, получавших Аβ(25-35), по сравнению с контролем. Это происходило на этапе, предшествовавшем снижению числа ХАТ-позитивных нейронов. При этом уровень экспрессии белка рецептора TrkA в мозге крыс существенно не изменялся после введения Аβ(25-35) при оценке на срезах мозга с помощью антител к TrkA через 6 дней, но постепенно снижался к 12-му дню после введения Аβ(25-35). Следует отметить, что даже увеличение уровня мРНК Ntrk1, наблюдавшееся в медиальной септальной области крыс обеих групп через 12 дней после операции и сохранявшееся на более высоком уровне у крыс, инъецированных Аβ(25-35), не приводило к нормализации экспрессии рецептора. Таким образом, вероятно, что, как и в случае аксотомии, исчезновение холинергического фенотипа в нейронах медиальной перегородки сопровождалось изменением экспрессии рецептора, обеспечивающего восприятие сигнала фактора роста нервов, необходимого, как можно предположить, не столько для выживания, сколько для нормального функционирования этих клеток. Эта гипотеза может рассматриваться как наиболее важный результат проведенной работы.

Можно предположить, что нарушения в системе трофического обеспечения приводят к дедифференцировке нейронов и активации механизмов клеточного деления. Активация клеточного цикла в нейронах была убедительно показана при БА. Экспрессия различных факторов клеточного цикла была также продемонстрирована в моделях токсичности Aβ. Поэтому можно заключить, что утрата холинергического фенотипа вследствие нарушения процессов трофического обеспечения может быть начальным этапом на пути к гибели нейронов индуцированной Аβ(25-35).

Подпишитесь на свежую email рассылку сайта!

Читайте также