Судорожная активность и нейродегенерация

Декабрь 4, 2015 / Комментарии 0

Эпилепсия является одним из наиболее распространенных неврологических заболеваний человека. При этом эпилепсия не представляет собой нозологического единства; по сути, это группа заболеваний с различной этиологией, общим для которых является развитие характерной спонтанной судорожной активности в мозге. Среди причин эпилепсии рассматривают повреждения, пороки развития мозга и опухоли (симптоматическая эпилепсия); тем не менее, чаще всего явную причину развития эпилепсии выявить не удается (идиопатическая эпилепсия). В последнем случае предполагают наличие генетически обусловленных нарушений в строении мембранных ионных каналов, белков-транспортеров или ионных насосов клетки. Неясной по сей день остается взаимосвязь эпилептогенеза и нейродегенерации, обнаруживаемой в образцах ткани, полученной в ходе хирургического вмешательства по поводу фармакорезистентной эпилепсии или посмертного исследования мозга пациентов с эпилепсией. Модели на животных не в состоянии вполне адекватно решить эту проблему, так как при моделировании судорог первичным действующим фактором является тот или иной проконвульсивный стимул, что ограничивает возможность изучения ранних механизмов возникновения эпилепсии. Тем не менее, эти модели могут помочь в изучении более поздних стадий эпилептогенеза и выяснить, принимает ли участие нейродегенерация, вызванная судорогами, в дальнейшем прогрессировании судорожной активности, или же она является исключительно следствием судорожной активности в мозге, определяющим некоторые из симптомов эпилепсии, но не влияющим на ход основного патологического процесса. Вопрос о принадлежности эпилепсии к группе заболеваний, патогенез которых связан с нейродегенерацией, сводится, таким образом, к выяснению того, в какой степени гибель нейронов в мозге при эпилепсии может способствовать повышению вероятности наступления повторных судорог.

Наиболее распространенным и изученным с патоморфологической точки зрения синдромом является эпилепсия височной доли (ЭВД), встречающаяся у 60-75% пациентов с эпилепсией. У взрослых лимбические судороги при ЭВД приводят к потере клеток мозга и развитию склероза гиппокампа.

В раннем исследовании при анализе постмортального материала от пациентов с ЭВД у 95% было установлено наличие склероза гиппокампа разной степени выраженности. В дальнейшем с развитием хирургических методов лечения фармакорезистентной эпилепсии эти данные были подтверждены, причем умеренное снижение числа нейронов в гиппокампе было продемонстрировано даже в тех случаях, когда склероз гиппокампа не был явно выражен в резекционном материале. В развернутой форме склероз гиппокампа выявлен у 60-85% пациентов, которым проводили хирургическое вмешательство по поводу ЭВД. В основном нейродегенерация наблюдается в пирамидном слое полей СА1, САЗ и в полиморфном слое зубчатой извилины (хилусе). Умеренная гибель нейронов происходит в поле СА2, гранулярном слое зубчатой извилины и в субикулуме. Склероз гиппокампа преимущественно происходит ипсилатерально к очагу судорог, хотя иногда наблюдают и склероз контралатерального гиппокампа; в существенной доле случаев он наблюдается даже при экстратемпоральном расположении очагов судорог.

Пирамидные нейроны полей СА1-САЗ являются, по-видимому, наиболее подверженными дегенерации у пациентов с ЭВД; объем нейрональной гибели здесь может колебаться между 50% от их нормальной численности и почти тотальной гибелью. Высокая чувствительность полей СА1-САЗ к повреждающему действию судорог является причиной того, что у части пациентов с эпилепсией эти области являются единственными участками в мозге, где наблюдается нейрональная гибель. В зубчатой извилине гиппокампа ЭВД в большинстве случаев сопровождается истончением слоя гранулярных нейронов и появлением в нем промежутков, а также рассеянием (дисперсией) гранулярных нейронов из одноименного слоя в вышележащий молекулярный слой. Интересно, что данная патология является, видимо, врожденной, и связана со снижением уровня реелина — белка, ответственного за правильную миграцию предшественников нейронов во время созревания мозга. Область зубчатой извилины является также местом постнатального нейрогенеза, однако дисперсия гранулярного слоя, видимо, не имеет отношения к этому процессу, так как у пациентов с длительно текущей фармакорезистентной эпилепсией, являющейся показанием к опреативному вмешательству, уровень нейрогенеза в гиппокампе обычно существенно снижен. Еще одной характерной особенностью гранулярных клеток при эпилепсии является т.н. «спраутинг» мшистых волокон (эфферентов гранулярных нейронов). Этот феномен заключается в избыточном ветвлении аксонов оставшихся гранулярных нейронов и возврате части их коллатералей обратно в молекулярный слой, где они могут образовывать синапсы на дендритах соседних гранулярных клеток. Было показано, что такая реорганизация зубчатой фасции в действительности способствует формированию в этом месте эпилептогенного очага.

Развитию гипервозбуждения в гиппокампе способствует ослабление его тормозных контуров. Так, при склерозе гиппокампа наблюдается уменьшение численности интернейронов полиморфного слоя зубчатой извилины (хилуса), содержащих нейропептид Y, вещество Р и соматостатин. В качестве основного медиатора эти нейроны выделяют ГАМК, поэтому их гибель приводит к растормаживанию главных нейронов зубчатой извилины. Еще большее значение имеет, как полагают, гибель мшистых клеток хилуса. Эти клетки образуют возбуждающие глутаматергические синапсы на тормозных корзинчатых нейронах. В результате уменьшения плотности мшистых клеток, наблюдаемого при судорогах, происходит снижение активности корзинчатых клеток и, как следствие, ослабление тормозного влияния на гранулярные клетки зубчатой извилины. На этих примерах видно, что гибель интернейронов хилуса, наблюдаемая при эпилепсии, может способствовать дальнейшему прогрессированию заболевания.

На различных моделях судорог у животных также было показано существенное снижение плотности нейронов в различных отделах гиппокампа, а также областях новой коры и ядрах амигдалярного комплекса. Специфичность нейрональной гибели при экспериментальном моделировании судорог в целом соответствует картине, наблюдаемой при ЭВД у человека с наиболее выраженной дегенерацией в полях СА1 и СА3, а также в хилусе зубчатой извилины. При моделировании хронической, постепенно развивающейся судорожной активности (пентилентетразоловый и амигдалярный киндлинг) также была показана гибель нейронов в различных отделах гиппокампа.

Среди факторов, индуцирующих гибель нейронов, наибольшее внимание уделяют эксайтотоксичности и кальциевой перегрузке, а также нейровоспалению. В свою очередь, гибель определенной популяции тормозных интернейронов или аномальная регенерация возбуждающих нейронов может приводить к хронической эпилепсии за счет потери нормального торможения и разрастания (спраутинга) новых отростков возбуждающих нейронов.

Гибель нейронов при эпилепсии связывают с их длительным возбуждением в ходе реализации судорожной активности в мозге. Уже давно было известно, что пересечение возбуждающих путей, таких как перфорантный путь или мшистые волокна, приводило к уменьшению повреждений в гиппокампе вследствие судорог. Кроме того, морфологическая картина отравлений аналогами глутамата (домоевой кислотой) аналогична той, что наблюдается в гиппокампе при ЭВД. Действительно, при судорогах происходит массивный выброс глутамата, который запускает избыточный ток кальция в постсинаптические нейроны через канальные NMDA-рецепторы. Это приводит к активации внутриклеточных протеаз и нейрональной синтазы оксида азота, генерации свободных радикалов и повреждению клеточных мембран, структурных белков и важнейших ферментов. При вызванной судорогами гибели нейронов реализуются механизмы запрограммированной гибели, в частности, активация р53, семейства белков Вс1-2, индуцированного эндонуклеазой расщепления ДНК. Таким образом, апоптотические сигнальные пути участвуют в гибели нейронов в результате судорог, однако классическая апоптотическая гибель не обязательно имеет место. Митохондрии тесно связаны с путями, ведущими к гибели нейронов в участках эпилептогенеза. Следует отметить, что, как и окислительный стресс, митохондриальная дисфункция может быть как следствием, так и причиной судорожной активности. Уже в 80-е годы прошлого века было обнаружено, что судорожная активность сопровождается накоплением кальция в митохондриях дендритов пирамидных нейронов гиппокампа, что ведет к их набуханию и, в конечном счете, к разрушению. Набухание митохондрий — непременное условие клеточного повреждения, и если такое состояние длится долго, происходит нарушение кальциевого гомеостаза и гибель клетки.

Из многочисленных экспериментов Б.С. Мелдрам сделал заключение, что судорожная активность, которая длится более 30 минут, вызывает острую некротическую гибель нейронов в чувствительных структурах мозга. Такая гибель является следствием избытка кальция в митохондриях и последующего энергетического истощения, а также свободнорадикального повреждения. С помощью электронномикроскопического ультраструктурного анализа, P.C. Словитер выявили, что в ответ на длительное возбуждение ПП в нейронах поля СА4 гиппокампа повляются признаки некроза с ранней эндоплазматической вакуолизацией.

Позже исследователи обратили внимание на возможность участия апоптоза в гибели нейронов, вызванной судорожной активностью. Так, признаки апоптоза были выявлены в гранулярных клетках зубчатой извилины после судорог. Интересно отметить, что апоптоз в нейронах был выявлен уже после однократного эпизода непродолжительной судорожной активности. Было показано, что эпизод кратковременной судорожной активности без моторных судорог вызывает появление нейронов с апоптотическими признаками билатерально в зубчатой извилине, в то время как после выраженных судорог обнаруживаются погибающие нейроны с признаками некроза и апоптоза. По мнению, тип гибели нейронов при эпилептическом статусе в основном (но не исключительно) некротический у взрослых, а в более раннем возрасте намного чаще проявляется апоптоз. Однако вызванный судорогами некроз имеет ряд биохимических черт апоптоза с ранним выходом цитохрома из митохондрий и активацией каспазы.

Среди возможных механизмов, предположительно вовлеченных в гибель нейронов в эпилептическом мозге, интересно также отметить версию аберрантного клеточного цикла («митотической катастрофы»). Имеются данные, свидетельствующие в пользу того, что нейроны с высоким риском нейродегенерации также отличаются способностью к ре-инициации клеточного цикла, включая экспрессию белков клеточного цикла и репликацию ДНК. Потеря способности зрелых нейронов регулировать (подавлять) клеточный цикл может быть причиной одних нейродегенеративных заболеваний и конечным общим путем других. Первое свидетельство наличия аберрантного клеточного цикла в мозге больных височной эпилепсией было получено в работе, продемонстрировавшей наличие в гиппокампе пациентов с ЭВД высокой ядерной экспрессии циклина В, сопровождавшейся экспрессией в цитоплазме нейронов, связанной с гибелью белка Вах. Активация клеточного цикла при ЭВД подтверждается и данными, показавшими экспрессию в нейронах белков фазы G2 клеточного цикла (циклина В1 и циклин-зависимой киназы Cdc2), а также маркера пролиферации PCNA в образцах гиппокампа пациентов с ЭВД. При этом отмечалось появление двухъядерных нейронов. Эти находки были интерпретированы как свидетельство нарушений клеточного цикла, ассоциированных с гибелью нейронов гиппокампа. Наличие неапоптотической (TUNEL-негативной) гибели нейронов, сопровождавшейся экспрессией белков клеточного цикла, было подтверждено на моделях ЭВД на животных. Х.Б. Келлер с сотрудниками показали, что экспрессия циклина D1 может делать гиппокампальные нейронные сети более чувствительными к отдельным эприлептогенным агентам и эксайтотоксической гибели. Большинство поврежденных клеток в гиппокампе животных после киндлинга, вызванного пентилентетразолом, были циклнн-B1-позитивными, при этом не выявлено экспрессии других маркеров клеточного цикла или TUNEL-позитивных («апоптотических») ядер. Поврежденные нейроны также экспрессировали циклин-зависимую киназу 2, что позволяет предположить участие в гибели нейронов активного комплекса СDК2/циклин B1. Связь реинициации клеточного цикла и нейрональной гибели косвенно подтверждается также данными, показавшими, что экспрессия мРНК циклина D1 после каинатных судорог в полях СА1 и СА3 достигала максимума непосредственно перед конденсацией хроматина и фрагментацией ДНК.

Эпилептические судороги вызывают повышение секреции нейротрофинов и их проформ, а также увеличение экспрессии неспецифического рецептора p75(NTR). В то же время, известно, что секретируемые предшественники нейротрофинов могут вызывать апоптозоподобную гибель нейронов через рецептор р75. Таким образом, одним из триггеров нейродегенерации при судорогах может быть изменение нейротрофического микроокружения нейронов.

Как в экспериментальных моделях судорожной активности, так и при эпилепсии у человека продемонстрирована экспрессия в глии провоспалительных цитокинов, признака нейровоспаления. Экспериментальные данные, подтвержденные клиническими наблюдениями, позволяют предположить, что нейровоспаление может быть общим фактором, участвующим или предрасполагающим к развитию судорог и гибели клеток при разных формах эпилепсии различной этиологии. Медиаторы воспаления могут изменять возбудимость нейронов и влиять на выживание клеток путем активации транскрипционных и посттрансляционных внутриклеточных путей.

Еще одним характерным проявлением морфологических изменений ткани мозга при эпилепсии является постнатальный нейрогенез в герминативных областях мозга. Эпилепсия дает яркий пример аберрантного нейрогенеза, который лежит в основе аберрантной пластичности мозга и участвует в формировании нервных сетей эпилептического мозга. Несмотря на то что данные об изменении нейрогенеза при эпилепсии у человека и в эксперименте остаются противоречивыми, очевидно, что судорожная активность влияет на выраженность и паттерн нейрогенеза, при этом эффект в значительной степени зависит от типа судорог.

Используя пилокарпиновую модель эпилептического статуса, Дж.М. Парент с сотрудниками показали, что продолжительные судорожные разряды стимулируют нейрогенез гранулярных клеток зубчатой извилины в зрелом мозге и впервые предположили, что пластичность гиппокампальных нервных сетей, связанная с эпилептогенезом, может быть следствием аберрантных связей, сформированных вновь образованными гранулярными клетками. Экспериментальный эпилептический статус стимулирует эндогенные клетки-предшественники нейронов, находящиеся в зубчатой извилине и субвентрикулярной зоне взрослых грызунов, и происходит образование большего числа гранулярных клеток зубчатой фасции и обонятельных интернейронов, соответственно. E. Накагава с коллегами использовали две модели эпилепсии на крысах (введение каиновой кислоты и электрический киндлинг) и обнаружили, что вновь возникшие гранулярные клетки могут участвовать в реорганизации нейронных сетей, происходящей при эпилептогенезе. Сходное усиление нейрогенеза было отмечено при судорогах, вызванных электроконвульсивным шоком, т.е. усиление нейрогенеза может быть общим ответом на судорожную активность. При этом, по-видимому, ранние этапы эпилептогенеза отличаются по своему влиянию на интенсивность образования новых нейронов от хронической эпилепсии. В частности, было показано, что начальные этапы пентилентетразолового киндлинга могут сопровождаться снижением пролиферации клеток-предшественников в герминативных областях взрослого мозга, тогда как дальнейшее прогрессирование судорожной активности приводит к усилению нейрогенеза. Дж. Парк с соавторами предполагают, что вызванный судорогами нейрогенез не является вторичным следствием гибели нейронов, а скорее представляет собой независимый эффект повторяющихся эпилептических судорог. Постнатальный нейрогенез при судорогах характеризуется рядом особенностей, отличающих его от нормального нейрогенеза во взрослом мозге. К их числу можно отнести атипичную миграцию гранулярных клеток в хилус зубчатой извилины, избыточное ветвление их аксонов (мшистых волокон) и образование возвратных коллатералей в молекулярный слой (спраутинг), изменение мембранных характеристик. Стоит отметить, что в первое время после встраивания в работающую нервную сеть молодые нейроны гранулярного слоя обладают пониженным порогом возбуждения, обусловленного помимо измененного набора мембранных каналов также и тем, что тормозные интернейроны еще не успевают образовать с ними связей. Увеличенная популяция молодых гранулярных нейронов при судорогах может, таким образом, быть субстратом для повышенной возбудимости гиппокампа и, в свою очередь, обусловливать эксайтотоксическую гибель нейронов, задействованных в длительной передаче возбуждения. Последующая гибель самих патологически измененных молодых нейронов и активация процессов нейровоспаления в герминативной зоне гиппокампа может определять наблюдаемое при длительно текущей эпилепсии истощение пролиферативной популяции гранулярного слоя.

Таким образом, соотношение процессов нейродегенерации и эпилептогенеза не представляется таким простым, как это предполагается в парадигме эксайтоксического повреждения. Существующие данные позволяют предположить, что нейродегенерация и связанные с ней процессы аберрантного нейрогенеза и нейровоспаления могут вносить свой вклад в прогрессирование судорожной активности при эпилепсии и участвовать в формировании патологически измененного эпилептического мозга. Одним из перспективных подходов для исследования возможного участия гибели нейронов в эпилептогенезе может быть исследование эффектов однократного («первого») судорожного приступа на моделях. Эта работа в настоящее время проводится авторами статьи и их коллегами в лаборатории функциональной биохимии нервной системы ИВНДиНФ РАН. В частности, показано, что даже однократный приступ вызывает медленно развивающиеся нарушения когнитивных функций у грызунов, при этом происходит развитие воспалительных процессов в мозге, в частности активация микроглии. Достоверное выявление нарушений, вызванных однократным судорожным эпизодом, может дать ключ к пониманию патогенеза эпилептических расстройств.

Подпишитесь на свежую email рассылку сайта!

Читайте также