Ремоделирование нервной ткани при повреждениях спинного мозга
Одновременно с вторичной альтерацией вещества спинного мозга, развивающейся в остром и раннем периодах ТБ, происходит активация саногенетических механизмов. Степень развития вторичных изменений является определяющим фактором выраженности репаративного и регенераторного потенциала поврежденного спинного мозга.
Саногенетические механизмы ТБ спинного мозга, развивающиеся в этот период, характеризуются угнетением гиперэргической локальной воспалительной реакции, выработкой факторов, ингибирующих процессы апоптоза и пролиферацию глии, реперфузией, активацией механизмов антиоксидантной защиты, продукцией нейротрофических факторов, реституцией и определяют эффекты внутриклеточной регенерации (Дамулин И.В., 2010; Ульянов В.Ю. и соавт., 2014).Противовоспалительные цитокины, такие как IL-4, IL-10, IL-13, TGFb, проникают в спинной мозг через поврежденный гематоспинномозговой барьер и отрицательно регулируют экспрессию и функцию большинства хемокинов и их рецепторов, обеспечивая каскад компенсаторно-приспособительных реакций.
Так, IL-4, продуцируемый Т-лимфоцитами, ингибирует действие моноцитов и макрофагов, мигрировавших в спинной мозг после травмы, подавляет спонтанную и индуцированную продукцию ими провoспалительных цитокинов (IL-1, IL-6, IL-8, TNFtt), угнетает антитело-зависимую
цитотоксичность и антитело-зависимый фагоцитоз, а также продукцию супероксидных радикалов и простагландинов E2 (PgE2), являясь одной из причин вторичной (воллеровской) нейродегенерации. IL-10 ингибирует продукцию интерферона - гамма (IFNy) Т-лимфоцитами и естественными киллерами; продукцию провоспалительных цитокинов макрофагами и их «окислительный взрыв». IL-13, будучи продуктом деятельности
активированных Т-лимфоцитов CD4+/CD8+, снижает экспрессию CD64, CD32, CD16, ингибирует антитело-зависимую клеточную цитотоксичность, продукцию макрофагами IL-1, IL-6, IL-8, TNFa, колониестимулирующего фактора (CSF), а также повышает экспрессию молекул ГКГ-II, поверхностных иммуноглобулинов, CD23, усиливает синтез IFNy естественными киллерами.
TGFb участвует в процессах тканеобразования и репарации спинного мозга, являясь мощным ингибитором клеточного деления Т- и В-лимфоцитов, естественных киллеров, подавляет цитотоксическую активность CD8+T- лимфоцитов, секрецию иммуноглобулинов активированными В-лимфоцитами (Саркисян Д.С. и соавт., 2004).Эндотелиальные клетки капилляров спинного мозга имеют транспортеры и сигнальные рецепторы для конкретных цитокинов. Иногда эти рецепторы оказывают аддитивный или даже синергетический эффекты на проникновение цитокинов. Описаны факты прямой трансмембранной диффузии этих биологически активных веществ. Скорости транспорта цитокинов в спинной мозг и протяженность их проникновения различные (Хелимский А.М., 2006).
Противовоспалительные цитокины (IL-4, IL-10, IL-13, TGFb) являются биологическими молекулами, ингибирующими механизмы апоптоза в поврежденном спинном мозге. Это связано с активацией ими экспрессии антиапоптозных белков из подгруппы Bcl-2 (Bcl-XL, Bcl-w) на
митохондриальном и постмитохондриальном уровнях (мембрана ядра, эндоплазматический ретикулум). Нейрон-специфические изоформы этих белков, образуемые в результате фосфорилирования Bcl-2, оказывают антиапоптотическое действие в нейронах или глиальных клетках спинного мозга (Donnelly D.J. et al., 2008).
Помимо белков семейства Bcl-2, регуляторами механизмов клеточной смерти нейронов являются белки-ингибиторы апоптоза (NAIP, XIAP, cIAP-1, cIAP-2, сурвивин), препятствующие исполнению сигнальных клеточных каскадов. Указанные белки блокируют смерть и улучшают выживаемость нейронов спинного мозга в посттравматическом периоде, участвуя в реализации нейропротекторных механизмов, коррелирующих с угнетением каспазы-3. Так, белок-ингибитор апоптоза нейронов (NAIP) в соединении с гиппокальцином способен защищать нейроны от эффектов высокой внутриклеточной концентрации ионов кальция, наблюдаемой при эксайтотоксичности (Сидоркина А.Н. и соавт., 2007).
Ишемическое повреждение спинного мозга индуцирует образование нейронов из нейрональных стволовых клеток.
Нейрональные стволовые клетки обнаруживаются в наружном слое белого вещества спинного мозга и в эпендимальном слое центрального канала. Отдельные эндогенные стволовые клетки способны превращаться в предшественники олигодендроглии, которые ремиелинизируют поврежденные аксоны спинного мозга. Подобный неонейрогенез происходит в зоне «пенумбры». Аналогичным способом в спинном мозге образуются и астроциты (Черешнев В.А. и соавт., 2012).В посттравматическом периоде в поврежденных клетках спинного мозга происходит активация биохимической системы антиоксидантной защиты, что характеризуется усилением активности антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза), низкомолекулярных антиоксидантов (витамин Е) и так называемых «перехватчиков» активных форм кислорода - глутатион (Гаврилин С.В. и соавт., 2009; Конюченко Е.А. и соавт., 2014).
Кроме перечисленных выше механизмов внутриклеточной регенерации спинного мозга, жизнедеятельность нейронов в новых условиях посттравматического периода, а именно их выживание, рост, развитие и дифференцировку определяют нейротрофические факторы, опосредующие медленные несинаптические межклеточные взаимодействия. Они обусловливают долговременные пластические изменения нейронов в поврежденном спинном мозге за счет влияния на геном, являясь экстраклеточными полифункциональными регуляторами, относящимися к классу цитокинов. Факторы роста нервной ткани по наличию структурной гомологичности образуют подсемейства - нейротрофины, семейство глиального нейротрофического фактора (GDNF), нейропоэтические цитокины и другие факторы роста (Zhang Q., 2000; Wang D. et al., 2001; Ульянов В.Ю. и соавт., 2010).
Путем рецептор-опосредованного эндоцитоза и ретроградного транспорта нейротрофические факторы поступают к телам клеток, где и реализуется их нейротрофическое влияние за счет взаимодействия с рецепторами P75NTR, Trk, а именно активация прогениторных клеток, регуляция метаболизма, макромолекулярный синтез ДНК, РНК и белков клеток, регенерация нейрoнов при повреждениях.
Предполагается, что данный механизм взаимодействия Р75КТК-рецептора реализуется через церамид, ядерный транскрипционный фактора бета (NF^), TNF-рецептор-ассоциированный фактор-6. Рецептор P75NTR участвует в активации апоптоза глии. При механической травме спинного мозга отмечается преимущественное повышение экспрессии Trk- рецепторов, локализованных в телах нейронов и аксонах, на дендритах, шванновских клетках, терминалях различной формы. Передача сигнала от Trk- рецепторов осуществляется через белки Ras, Raf, митоген-активированные протеины (MAP-киназы). Другой путь передачи сигнала через Trk-рецептор связан с фосфатидилинозитол-3-киназой (ФИ-3-киназой), обеспечивающей ингибирование механизмов апоптоза нейрональных клеток. Посредством нейротрофических факторов поддерживается количественное и качественное соотношение сохранившихся после травмы спинного мозга дифференцированных нейронов. Действие нейротрофических факторов является результатом активации механизмов восстановления, регенерации и мобилизации компенсаторных возможностей поврежденных и интактных нервных клеток (Jianru X. et al., 1996; Петров В.И. и соавт., 2004; Li H., 2005; Менг Б-Л., 2006).Оба рецептора к нейротрофическим факторам обеспечивают механизм транспорта ионов кальция в клетку. Trk-рецептор за счет образования фосфоинозитидов активирует выход кальция из внутриклеточных депо, а действуя на протеинкиназу С - стимулирует кальциевые каналы L-типа и захват кальция из внеклеточного пространства. Уровень ФРН-индуцированного захвата кальция зависит от его содержания внутри клетки (Марченко В.И., 2005).
Установлено, что активация рецепторов фактора роста нервов (NGF) под действием провоспалительных цитокинов на астроциты стимулирует дифференцировку и оказывает защитное действие в синаптических, сенсорных и холинергических структурах спинного мозга. Экспрессия мозгового нейротрофического фактора (BDNF), вызванная снижением активности синтазы NO, угнетением образования монооксида углерода вследствие дефицита гемоксигеназы-2 и сохранением активности медь-цинк-
супероксиддисмутазы (Cu-Zn-SOD) способствует развитию и выживанию нейрональных клеток, включая сенсорные нейроны, а также оказывает нейрональное антиапоптотическое действие, стимулирует нейрональный рост.
Продукция NT-3 обеспечивает регуляцию трансмиттерных функций и регенерацию супраспинальных нейронов, стимуляцию массивногоаксонального роста; NT-4/5 - промоцию выживания и дифференцировку нейрональных клеток поврежденного спинного мозга (Guo S. et al., 2007). Экспрессия молекул семейства глиального нейротрофического фактора (GDNF) оказывает нейропротекторное действие на моторные, сенсорные и симпатические нейроны. Протективное действие GDNF связывают с активацией астроцитов. При непосредственном участии GDNF происходит рост аксонов, экспрессия генов нейрональной регенерации, модуляция NMDA- рецепторов с развитием антиапоптотического действия. Экспрессия CNTF предотвращает дегенерацию моторных нейронов после их повреждения, способствует дифференцировке астроцитов и созреванию олигодендроцитов, влияет на состояние стволовых эмбриональных клеток (McTigue D.M. et al.,1998; Chang Y.P. et al., 2006).
Установлено, что активация рецепторов фактора роста нервов (NGF) происходит под действием провоспалительных цитокинов на астроциты и стимулирует их дифференцировку, оказывая защитное действие на уровне синаптических, сенсорных и холинергических структур спинного мозга. Экспрессия мозгового нейротрофического фактора (BDNF), вызванная снижением активности синтазы NO, угнетением образования монооксида углерода вследствие дефицита гемоксигеназы-2, способствует развитию и выживанию нейрональных клеток, в том числе сенсорных нейронов, а также оказывает нейрональное антиапоптотическое действие. Продукция NT-3 обеспечивает регуляцию трансмиттерных функций и регенерацию
супраспинальных нейронов, стимуляцию массивного аксонального роста; NT-4/5 - промоцию выживания и дифференцировку нейрональных клеток поврежденного спинного мозга (Schwartz M., 2001; Reyes O.et al., 2003; Yoshida T. et al., 2014).
На нейроны и глию в поврежденном спинном мозге оказывают влияние и другие биологически активные вещества, участвующие в реализации саногенетических механизмов. Так, повышается экспрессия фактора ингибирования лейкемии, что сопровождается улучшением роста аксонов кортикоспинального тракта.
Экспрессия фактора роста фибробластов (ФРФ) способствует дифференцировке мотонейронов, а также оказываетантиапоптотическое действие TNFtt за счет ингибирования внутриклеточных сигнальных каскадов. Усиление секреции инсулиноподобного фактора роста - 1 (ИФР-1) влияет на дифференцировку клеток спинного мозга в зоне, окружающей травматический очаг, факторы роста нервов (ФРН) - на переход нейрональных стволовых клеток в глиальные, способствующие миграции нейронов в спинном мозге. Продукция трансформирующего фатора роста альфа (ТФРа) уменьшает эксайтотоксическое повреждение нейронов. Нейрегулины оказывают в поврежденном спинном мозге трофические эффекты за счет сохранения, регуляции пролиферации глии, миграции нейронов (Rivero Vaccari J.P. et al., 2008; Kumamaru H. et al., 2012; Aguzzi A. et al., 2013).
Кроме того, под влиянием микроокружения регенерирующей эмбриональной нервной ткани происходит интеграция в спинной мозг значительной части зрелых гемошэтических стволовых клеток, выделяющих нейроспецифические белки и дифференцирующихся в нейроны (Bockhoff T.M. et al., 2012).
Нейротрофические факторы являются медиаторами трофической активности глии. Астроциты продуцируют факторы роста нервов (ФРН), оказывающие влияние на сохранение и функционирование нейронов спинного мозга, экспрессию нейротрансмиттеров и рецепторов к ним (Cho Y. et al., 2010; Marcon R.M. et al., 2013).
После травмы спинного мозга под влиянием нейротрофических факторов происходит регенерация поврежденных нейронов, аксонов интактных нейрoнов, вероятно, вследствие активации клеточных программ их восстановления. Предполагаемыми механизмами нейропротективного действия ФРН при осложненной травме спинного мозга в остром и раннем периодах являются уменьшение экспрессии мРНК NMDA-рецептора-!, ингибирование апоптоза нейронов, уменьшение активности синтазы NO и токсического влияния NO на нейроны, уменьшение вторичного повреждения нейронов. При альтерации вещества спинного мозга нейротрофические факторы способствуют восстановлению клеточного пула олигодендроцитов, что является важной составляющей процесса ремиелинизации при травме (Борщенко И.А., 2002; Miscusi M., 2002).
Функциональное восстановление спинного мозга при ТБ базируется на усилении процессов аксональной регенерации. У высших млекопитающих и человека способность к восстановлению нервной ткани в основном проявляется регенерацией периферических нервных волокон, а в нервных клетках возможна
лишь внутриклеточная регенерация. В спинном мозге функциональная регенерация, в первую очередь, проявляется ростом аксонов в длину и установлением синапсов с клетками-мишенями. При этом процесс установления синаптических связей растущих проводников с мотонейронами поврежденного участка спинного мозга (спраутинг) происходит на основе конкурентной борьбы за владение синаптическими участками (Антонян М.В., 1999).
Аксональная регенерация в поврежденном спинном мозге основана на комбинированном воздействии внешних факторов окружающей глиальной среды и внутренних нейронных факторов.
Экспериментальными исследованиями было установлено, что клетки спинного мозга способны регенерировать по направлению к окружающей глиальной среде периферической нервной системы (Степанов Г.А., 2008). Мостики, формирующие пермиссивный к росту каркас в области травмы, способны значительно облегчить рост аксонов по всей поврежденной зоне, приводя к повторному врастанию аксонов в оставшуюся интактную паренхиму спинного мозга и устранению неврологического дефицита (Мурешану Д.Ф., 2007; Бэр М., 2011; Рогова Л.Н. и соавт., 2011).
Способность аксонов к регенерации возможна только в случае благоприятного клеточного окружения. Данная регенеративная способность распределена среди типов нейронов неравномерно и значительно меняется в зависимости от возраста нейронов и удаленности от места повреждения. Ведущую роль в регенеративной способности нейрона играет реакция тела нейрональной клетки на повреждение аксона (Цинзерлинг В.И. и соавт., 2013).
Спонтанная регенерация центральных аксонов начинается уже в острый период травмы, что проявляется наличием изменений аксоплазмы - конусов роста (аксональных шаров). Однако, эти аксоны в дальнейшем подвергаются дегенерации. В неповрежденных клетках проводящих путей спинного мозга около серого вещества и в клетках чувствительных ганглиев с конца второй недели ТБ спинного мозга можно наблюдать коллатеральный или
сегментарный спраутинги, направленные к зоне повреждения и образование синапсов с поврежденными аксонами. В литературе показана возможность ремиелинизации центральных аксонов шванновскими клетками
(Стрелкова Н.И., 2004; Беляевский А.Д., 2012).
Мобилизация активных анти-ЦНС Т-клеток или активированных макрофагов привoдит к устранению ингибиторов элиминации миелина, MAG, хондроитин-сульфат прoтеогликана (NG2), ингибитора роста аксонов-250 (NI- 50), других факторов рoста, что создает условия для регенерации аксонов (Боголепова А.Н. и соавт., 2010).
В соответствии с концепцией направленных внеклеточных сигнальных молекул опосредованное окружающей средой ингибирование прорастания нейритов регулируется повышением уровня цАМФ, содействующего массивной регенерации пересеченных проекций задних корешков центральных нейронов (кондиционирующий эффект). Помимо циклических нуклеотидов, потенциальным корецептором для MAG является рецептор нейротрофина, p75NTR, и возможный путь вторичного мессенджера, вовлекающий RhoA, блокада которого позволяет поврежденным аксонам регенерировать после травмы спинного мозга (Binan L. et al., 2014).
Внутренний нейрональный контроль регенерации осуществляется самими аксонами и определяется возрастом нейронов, местом их травматического пересечения и типом.
Различия в способности нейронов к регенерации, обусловленные их возрастом, объясняются изменениями во внутренних механизмах роста или изменениями в молекулах, с помощью которых аксоны взаимодействуют с окружающей средой (сплайс-варианты), в том числе в молекулах адгезии и рецепторах для ингибиторных молекул. Существуют также отличия в молекулах внутри аксона, вовлеченных в его рост. Так, рост стимулирующий протеин (GAP-43) присутствует во всех конусах роста. Белки, ассоциированные с микротрубочками, стабилизируют цитоскелет аксона и также необходимы для его роста. Интегрины опосредуют рост аксонов на молекулах внеклеточного матрикса (Kontantas E. et al., 2004; Степанов Г.А. и соавт., 2008).
Регенераторный потенциал аксонов спинного мозга определяется расстоянием рассечения от клеточного тела. При этом установлено, что BDNF увеличивает способность к регенерации аксонов, пересеченных далеко от тела в рубро-спинальном проводящем пути. Это связано с увеличением в теле клетки экспрессии белка, активирующего GAP-43. Различные типы аксонов отличаются своей способностью к регенерации. Например, аксоны двигательных нейронов спинного мозга обладают максимальной способностью к регенерации, особенно вблизи зоны повреждения. Причины этих различий не выяснены (Балабан П.М. и соавт., 2006)
Способность поврежденного спинного мозга восстанавливать утраченный миелин с течением времени точно не установлена. Либо спинной мозг во времени способен обеспечить ремиелинизацию поврежденных аксонов, либо демиелинизированные аксоны постепенно погибают, что характеризуется чередованием зон демиелинизации и ремиелинизации шванновскими клетками (Белоцкий С.М. и соавт., 2008).
Наряду с этим, в нейронах происходят пластические изменения, характеризующиеся процессами внутриклеточной сигнализации, активацией мембранных, ионных и генетических механизмов (Брюховецкий А.С., 2010).
Механизмы внутриклеточной сигнализации включают целый каскад метаболических изменений, позволяющий усиливать поступающий сигнал в несколько раз. Вначале это сопровождается активацией рецепторов циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) в комплексе с гуанозинтрифосфатом (ГТФ) и образованием G-белка. Затем последний приобретает свойства ГТФ-азы и определяет расщепление образованного комплекса, регулируя тем самым содержание цАМФ. Он, в свою очередь, под влиянием цитозольной фосфодиэстеразы (ФДЭ) превращается в АМФ. Эффекты цАМФ реализуются через активируемую им протеинкиназу А, которая фосфорилирует белки ионных каналoв, за счет чего происходит усиление ионных токов. Происходит также активация протеинкиназы С и
2+
Са /СаМ-протеинкиназы, инициируемыми при вoвлечении в процесс фосфоинозитидного цикла. Активация протеинкиназ и фосфорилирование белков ионных каналов, являясь внутриклеточными пластическими процессами, обеспечивают усиленную и продолжительную активность нейрона (Георгиева С.А. и соавт., 1993; Живолупов С.А. и соавт., 2009; Гомазков О.А., 2012).
Пластические феномены активности нейронов при повреждениях спинного мозга включают в себя повышение деполяризации, ослабление быстрого тока калия, усиление поступления ионов кальция и его каталитической субъединицы, а также серотонина (Котельников Г.П. и соавт., 2009; Горбачев В.И. и соавт., 2006; Глыбочко П.В. и соавт., 2011).
Усиленная пластическая регенерация при ПСМТ развивается в интактных нейронах первичного очага. Она завершается ростом нейритов и возникновением новых межнейрональных связей (Botero L. et al., 2013; Cadotte D.W. et al., 2013).
Учитывая, что в большинстве случаев ПСМТ, сохраняется некоторая часть проводящих путей белого вещества спинного мозга, важное саногенетическое значение также приобретают механизмы реституции обратимо поврежденных структур спинного мозга - образование мостиков и клеточное замещение, восстановление нейродинамических взаимоотношений, уменьшение активности патологической доминанты (Houle J.D. et al., 2013; Kusiak A.N. et al., 2013).
Таким образом, саногенетические механизмы гомеостаза при вторичных повреждениях спинного мозга в остром и раннем периодах включают в себя активацию выработки противовоспалительных цитокинов, факторов антиоксидантной системы, белков, ингибирующих апоптоз и пролиферацию глии, нейротрофических факторов, реституцию, которые определяют эффекты внутриклеточной регенерации.
1.4.
Еще по теме Ремоделирование нервной ткани при повреждениях спинного мозга:
- СОДЕРЖАНИЕ
- ВВЕДЕНИЕ
- Ремоделирование нервной ткани при повреждениях спинного мозга
- Изменения содержания нейроспецифических белков
- Иммуноферментные методы диагностики ремоделирования нервной ткани
- Мониторинг тяжести травматической болезни спинного мозга
- Персонализированный выбор методов лечения пациентов с осложненными повреждениями шейного отдела позвоночника
- ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК