Газета «Новости медицины и фармации» Неврология и психиатрия (277) 2009 (тематический номер)

Наука — удивительная вещь. Это не просто круглосуточная работа в лабораториях — это прежде всего борьба идей за то, чтобы наиболее точно описать мир, в котором мы живем. На этом поприще иногда даже самые закоренелые догмы оказываются в одночасье сметены более новыми открытиями. Именно так и случилось с образованием новых нервных клеток в мозге млекопитающих — переворот в биологии повлек за собой пересмотр ряда идей и в медицине. Но обо всем по порядку…

Нейрогенез в мозге взрослых млекопитающих и человека

Почти сто лет существовало мнение, что нервная ткань в отличие от всех остальных тканей организма не способна к самовосстановлению. Считалось, что вскоре после рождения деление клеток прекращается и всю оставшуюся часть жизни организм проживает с тем количеством нейронов, которое было заложено в этот период. Обучение считалось возможным исключительно потому, что между нейронами устанавливались нервные связи с помощью аксонов и дендритов. По мере старения организма, а также под влиянием вредных факторов — курения, злоупотребления алкоголем, запредельных стрессовых нагрузок — нервные клетки могут лишь утрачиваться, обусловливая те или иные нарушения функции. О том, что «нервные клетки не восстанавливаются», знал каждый третий житель планеты, а приведенная фраза была озвучена даже в ряде кинофильмов.

Впрочем, для формулирования вышеприведенной догмы имелись веские основания: в мозге не обнаруживался митоз, приводящий к образованию нейронов, равно как не обнаруживалась и чрезмерная гибель нервных клеток. Нервная ткань производила впечатление стабильной структуры.

Первые сигналы о том, что догма, возможно, не так уж непоколебима, поступили еще в 1965 г. Ученые из Массачусетского технологического института Joseph Altman и Gopal Das смогли обнаружить, что новые клетки образуются в довольно примитивных структурах мозга — обонятельной луковице и зубчатой извилине гиппокампа. И хотя исследователям не удалось точно ответить на вопрос, что же это были за клетки — нейроны или глиоциты, сам факт их наблюдения был, бесспорно, примечателен. С начала 90-х гг. прошлого века работ, в которых указывалось на наличие нейрогенеза у взрослых организмов, стало существенно больше, а сегодня их количество можно сравнить с гигантским водопадом.

Итак, момент истины: нейрогенез в мозге взрослых животных и человека все-таки возможен!

В значительной степени подтверждению этого феномена способствовало развитие новых методов исследования: иммуногистохимии, электронной микроскопии, конфокальной микроскопии и др.

Для того чтобы обосновано говорить о факте нейрогенеза во взрослом мозге, нужно четко показать наличие в нем стволовых клеток и/или их ближайших потомков и созревающих клеток. Как же справились с этой задачей гении ученого мира?

Как известно, образование новых клеток требует образования новых молекул ДНК. Поэтому интенсивно делящиеся клетки в больших количествах потребляют нуклеозиды — строительный материал ДНК. Одним из представителей данного класса соединений является тимидин. Передовые разработки ученых позволили создать синтетический аналог тимидина — бромодезоксиуридин (BrdU). После введения в организм животных BrdU встраивается в ДНК новых клеток. Если теперь из органов сделать тонкие срезы и in vitro обработать их антителами к BrdU, содержащими флюоресцирующие участки, то делящиеся клетки можно обнаружить с помощью какого-либо специального метода исследования, например конфокальной лазерной сканирующей микроскопии. Именно так в головном мозге животных были обнаружены стволовые клетки и их ближайшие потомки (рис. 1, красный цвет).

После того как клетка перестает делиться, она некоторое время дозревает, а затем устанавливает контакты с окружающими клетками и становится зрелой. Для того чтобы подобного рода интеграция стала возможной, в мембране созревающей клетки должен образоваться ряд специфических белков. Например, в созревающих нейронах появляются PSA-NCAM — высокополисиалированные молекулы адгезии нервных клеток. Если обработать срезы головного мозга флюоресцирующими антителами против PSA-NCAM, то становится возможным верифицировать созревающие нейроны (рис. 1, зеленый цвет).

Наличие в мозге стволовых клеток и их ближайших потомков, созревающих нейронов неоспоримо свидетельствует об образовании новых нервных клеток у взрослых организмов. В настоящее время факт нейрогенеза доказан для трех областей мозга: зубчатой извилины гиппокампа, субвентрикулярной области (боковые стенки боковых желудочков мозга) и коры мозжечка.

В зубчатой извилине гиппокампа стволовые клетки находятся в субгранулярной зоне. Они постоянно делятся и под влиянием микроокружения — радиальной глии и астроцитов (рис. 1, синий цвет) превращаются в созревающие нейроны. Последние из субгранулярной зоны мигрируют в гранулярный слой, где превращаются в зрелые гранулярные клетки (клетки-зерна; рис. 2). Гиппокамп известен как структура, отвечающая за декларативную память — удерживание информации о фактах, событиях, которая может быть сознательно воспроизведена (например, знания, почерпнутые из учебника, воспоминания из прошлого жизненного опыта и т.д.), и в настоящее время считается, что нейрогенез играет ключевую роль в запоминании новой информации.

В субвентрикулярной области нейрогенез протекает так же, как и в зубчатой извилине. Однако образованные созревающие нейроны мигрируют на значительно большее расстояние — по ростральному миграционному тракту к обонятельной луковице, где и происходит их созревание. Как свидетельствуют данные, необходимость переработки обонятельной информации (различение запахов) сопряжена с усилением нейрогенеза в субвентрикулярной области. Весьма вероятно, что в дальнейшем будет обнаружено образование новых нервных клеток и в тех областях мозга, которые связаны с другими анализаторами (зрение, слух и т.д.).

Совсем недавно было обнаружено, что по сходным механизмам нейрогенез протекает и в коре мозжечка. Данный отдел мозга отвечает за так называемую процедурную память — приобретение и сохранение информации о бессознательных автоматизированных навыках, таких как прием пищи, надевание одежды, вождение автомобиля и т.д. Следовательно, образование новых нейронов необходимо для расширения круга выполняемых автоматизированных действий.

Из вышеприведенного нетрудно заметить, что получение и сохранение любой новой информации, будь то сознательное запоминание материала, поступление сенсорных данных или научение автоматическим навыкам, сопровождается образованием новых нервных клеток, благодаря которым в значительной степени и осуществляется выполнение всех этих функций. Сказанное подтверждается большим количеством научных исследований, выполненных в последние годы.

Например, было обнаружено, что количество новых нервных клеток увеличивается у одного из видов птиц — черношапочных гаичек — во время сбора семян. Они складывают семена в тайные хранилища, скрытые от зоркого ока других птиц, но ведь важно и самим не запамятовать, где был спрятан корм.

У канареек количество новых клеток в мозге увеличивается во время периода размножения — именно в это время им приходится учиться исполнять брачные песни. Как говорится, не будешь красиво петь — не найдешь свою вторую половину!

Любопытные данные были получены также при работе с крысами. В ходе исследования одну группу животных помещали в так называемые стандартные лабораторные условия — четыре стеклянные стенки, опилки и… больше ничего. Да и пообщаться-то особенно было не с кем, поскольку в клетке было всего 3 крысы. Словом, условия жизни были максимально упрощены.

Другой группе животных выделяли гораздо большую клетку. В ней постоянно находились кормушка для еды и поилка для воды. Любой из ученых в любое время по собственному желанию мог подкормить животных сыром, крекерами или фруктами. Чтобы крысы могли приятно проводить время, в клетке разложили игрушки, установили перекатываемое колесо и даже соорудили специальный лабиринт. Кроме того, в клетке одновременно находилось 13 крыс, что, конечно же, создавало почву для плодотворного общения друг с другом и предотвращало скуку.

Когда же по прошествии некоторого времени изучили структуру мозга у крыс обеих экспериментальных групп, то оказалось, что новых нервных клеток было больше именно у тех животных, которые жили в познавательно-обогащенной обстановке и вели физически активную жизнь.

Таким образом, данные вышеприведенных и многих других исследований свидетельствуют о том, что для усиления образования новых нервных клеток в нашем головном мозге необходимо:
1) как можно больше учиться;
2) заниматься физическими упражнениями;
3) сделать свою жизнь как можно более насыщенной: друзья, деловые встречи, походы в театры и кино, путешествия в древние города, восхождения на горные вершины и т.д.

Не стоит забывать, что новые нервные клетки нам нужны не только для усвоения новой информации, но и для замены тех нейронов, которые гибнут в нашем мозге под влиянием различных факторов (стрессы, травмы, инсульты и т.д.).

В качестве основных неблагоприятных факторов, замедляющих нейрогенез, можно выделить следующие:
1) длительные и сильные стрессы;
2) употребление никотина, алкоголя, наркотиков;
3) наличие дисциркуляторных и нейродегенеративных заболеваний головного мозга (атеросклероз, болезнь Альцгеймера и т.д.).

Гинкго билоба усиливает нейрогенез при возрастных изменениях в мозге (старении) и болезни Альцгеймера

EGb 761 (экстракт гинкго билоба 761) представляет собой стандартизированный экстракт из листьев растения под названием гинкго двулопастный и входит в состав как ряда лекарственных средств, так и некоторых биодобавок. В настоящее время EGb 761 используют для лечения дисциркуляторных энцефалопатий (атеросклероз головного мозга, инсульт и др.), нейродегенеративных заболеваний (болезнь Альцгеймера и др.), нейросенсорных нарушений (возрастная дегенерация желтого пятна, диабетическая ретинопатия и др.) и нарушений периферического крово­обращения (болезнь Рейно и др.).

Использование EGb 761 при вышеперечисленных заболеваниях головного мозга способствует улучшению памяти, концентрации внимания и интеллекта. Эти эффекты реализуются посредством нескольких механизмов. EGb 761 усиливает образование эндотелием монооксида азота (NO), что ведет к расширению сосудов мозга и улучшению доставки кислорода и питательных веществ к нейронам. В свою очередь, это ведет к нормализации внутриклеточного обмена веществ. EGb 761 способствует уменьшению агрегации тромбоцитов, оказывает антиоксидантное и антигипоксическое действие. Кроме того, EGb 761 нормализует выделение медиаторов (норадреналина, допамина, ацетилхолина) и их взаимодействие с соответствующими рецепторами.

В связи с фактом открытия образования новых нервных клеток в мозге взрослого человека закономерно возник вопрос: а оказывает ли на этот процесс какое-либо влияние EGb 761? И если такие эффекты существуют, вносят ли они вклад в терапию заболеваний головного мозга?

Именно такие вопросы задали себе ученые из университета Мэриленд (г. Балтимор, США). А полученные ответы были опубликованы в журнале «The FASEB journal» [6].

В ходе выполнения научного исследования были сформированы 4 экспериментальные группы:
1) молодые мыши (6 месяцев) без болезни Альцгеймера;
2) старые мыши (22 месяца) без болезни Альцгеймера;
3) молодые мыши (6 месяцев) с болезнью Альцгеймера;
4) старые мыши (22 месяца) с болезнью Альцгеймера.

Болезнь Альцгеймера моделировали путем внедрения в генотип животных генов, ответственных за развитие данного заболевания. Болезнь Альцгеймера характеризуется накоплением β-амилоида, нарушением синаптических связей и гибелью нейронов, что сопровождается прогрессирующей потерей памяти. Старые мыши дополнительно служили моделью возрастных изменений (старения) головного мозга.

В пределах каждой из 4 групп были выделены 2 подгруппы мышей: те, которые наряду со стандартным кормом «Purina 5001» получали биодобавку гинкго билоба в дозе 100 мг/кг, и те, которые подобное лечение не получали.

Животных наблюдали в течение 1 месяца, при этом в последние 7 дней им интраперитонеально вводили BrdU. По окончании наблюдения животных умерщвляли, мозги извлекали и приготавливали из них срезы в райо­не зубчатой извилины гиппокампа. Каждый срез обрабатывали сначала первичными антителами (антитела к BrdU), а затем вторичными (флюоресцирующие антитела, связывающиеся с антителами, связанными с BrdU), что позволяло с помощью конфокального микроскопа визуализировать делящиеся клетки.

В результате исследования было обнаружено, что прием EGb 761 усиливает образование новых клеток в зубчатой извилине гиппокампа у молодых и старых крыс с болезнью Альцгеймера по сравнению с такими же животными, не получавшими лечение (ср. рис. 3c и 3d, рис. 3g и 3h; на рис. 3c и 3g делящихся клеток явно больше). Более того, EGb 761 усиливает нейрогенез у старых крыс (без болезни Альцгеймера) по сравнению с животными такого же возраста (без болезни Альцгеймера), не принимающими терапию (ср. рис. 3e и 3f). Однако у молодых крыс (без болезни Альцгеймера) вне зависимости от приема/отсутствия EGb 761 нейрогенез оставался на постоянном уровне и был самым высоким по сравнению со всеми остальными экспериментальными группами.

Из вышеприведенных данных следует, что в старческом возрасте и при болезни Альцгеймера в отсутствие лечения интенсивность нейрогенеза значительно снижается — его самые высокие значения были зафиксированы лишь у молодых здоровых мышей. EGb 761 стимулирует нейрогенез при возрастных изменениях головного мозга и при болезни Альцгеймера, частично восстанавливая его. У молодых здоровых особей, у которых нейрогенез изначально не нарушен, EGb 761 не проявляет сколько-нибудь значимого эффекта.

В дополнительных исследованиях in vitro было обнаружено, что EGb 761 стимулирует нейрогенез дозозависимо: чем выше доза препарата, тем выше пролиферативная активность клеток. Кроме того, было установлено, что более 95 % новых клеток превращаются в нейроны, менее 1 % — в глию.

В своей работе исследователи также попытались ответить на вопрос, почему при болезни Альцгеймера снижается интенсивность нейрогенеза и каким образом EGb 761 его восстанавливает.

С этой целью гистологические срезы зубчатой извилины гиппокампа были дополнительно обработаны антителами к олигомерам β-амилоида. После этого сначала сфотографировали расположение BrdU-позитивных клеток (рис. 4а), затем — олигомеров β-амилоида (рис. 4b). А потом взяли и совместили оба полученных изображения в одном (рис. 4c). Так удалось обнаружить, что в местах скопления олигомеров β-амилоида деление клеток практически отсутствует.

Основываясь на собственных данных, а также на результатах, полученных другими исследователями, авторы предлагают следующую последовательность событий. При болезни Альцгеймера в больших количествах накапливаются олигомеры β-амилоида. Они инактивируют протеинкиназу А, вследствие чего в клетках снижается количество фосфорилированного CREB (сАМР response element binding protein) — белка, связывающегося с цАМФ-зависимыми элементами ДНК. Как известно, фосфорилированная форма CREB является фактором транскрипции и важна для деления и выживания нейронов. Поскольку олигомеры β-амилоида снижают ее содержание, новые нейроны образовываться не могут.

С помощью иммуноблоттинга авторы определили, как меняется содержание олигомеров β-амилоида в условиях, когда мышей с болезнью Альцгеймера лечили с помощью EGb 761 (рис. 5). Оказалось, что количество олигомеров β-амилоида существенно снижается!

Основываясь на своих данных и данных литературы, авторы полагают, что EGb 761 при попадании в мозг смещает равновесие между олигомерами β-амилоида и мономерами β-амилоида в сторону последних. Соответственно содержание мономеров β-амилоида увеличивается, а олигомеров — снижается. В свою очередь, это ведет к активации протеинкиназы А и увеличению содержания фосфорилированного CREB. Активность последнего способствует образованию новых клеток. В результате EGb 761 усиливает нейрогенез в зубчатой извилине гиппокампа, что приводит к улучшению памяти, концентрации внимания и интеллекта, сниженных при старении организма и болезни Альцгеймера.

Таким образом, в ходе выполненного исследования было показано, что прием EGb 761 стимулирует образование новых нейронов в зубчатой извилине гиппокампа при возрастных изменениях мозга (старении) и болезни Альцгеймера. Влияет ли EGb 761 на нейрогенез в субвентрикулярной зоне и коре мозжечка, эффективен ли при других заболеваниях мозга (например, атеросклерозе) — предстоит выяснить в будущем. Хотя ответ, по всей видимости, будет положительным.

Выводы

1. Во взрослом мозге млекопитающих, вопреки ранее существовавшим представлениям, происходит образование новых нейронов (нейрогенез). На сегодняшний день установлены 3 нейрогенные области мозга: зубчатая извилина гиппокампа, субвентрикулярная зона и кора мозжечка.

2. Нейрогенез стимулируют умственная и физическая нагрузка, активный образ жизни. Нейрогенез замедляют длительные и сильные стрессы, употребление никотина, алкоголя, наркотиков, наличие дисциркуляторных и нейродегенеративных заболеваний головного мозга.

3. Экстракт гинкго билоба (EGb 761) стимулирует образование новых нейронов при возрастных изменениях в мозге (старении) и болезни Альцгеймера, обусловливая улучшение памяти, концентрации внимания и интеллекта. У здоровых лиц EGb 761 нейрогенез не усиливает.