Нервові клітини відновлюються
Крилатий вислів "Нервові клітини не відновлюються" з дитинства сприймають як незаперечну істину. Однак ця аксіома - не більше ніж міф, і нові наукові дані його спростовують.
Природа закладає в мозок, що розвивається дуже високий запас міцності: при ембріогенезі утворюється великий надлишок нейронів. Майже 70% з них гинуть ще до народження дитини. Людський мозок продовжує втрачати нейрони і після народження, протягом усього життя. Така загибель клітин генетично запрограмована. Звичайно ж гинуть не тільки нейрони, але й інші клітини організму. Тільки всі інші тканини мають високу регенераційної здатністю, тобто їх клітини діляться, заміщаючи загиблі. Найбільш активно процес регенерації йде в клітинах епітелію і кровотворних органах (червоний кістковий мозок). Але є клітини, в яких гени, що відповідають за розмноження розподілом, заблоковані. Крім нейронів до таких клітин відносяться клітини серцевого м'яза. Як же люди примудряються зберегти інтелект до дуже похилого віку, якщо нервові клітини гинуть і не оновлюються?
Одне з можливих пояснень: в нервовій системі одночасно "працюють" не всі, а тільки 10% нейронів. Цей факт часто наводиться в популярній і навіть науковій літературі. Мені неодноразово доводилося обговорювати дане твердження зі своїми вітчизняними та зарубіжними колегами. І ніхто з них не розуміє, звідки взялася така цифра. Будь-яка клітина одночасно і живе і "працює". У кожному нейроні весь час відбуваються обмінні процеси, синтезуються білки, генеруються і передаються нервові імпульси. Тому, залишивши гіпотезу про "відпочиваючих" нейронах, звернемося до одного з властивостей нервової системи, а саме - до її виключної пластичності.
Сенс пластичності в тому, що функції загиблих нервових клітин беруть на себе їх залишилися в живих "колеги", які збільшуються в розмірах і формують нові зв'язки, компенсуючи втрачені функції. Високу, але не безмежну ефективність подібної компенсації можна проілюструвати на прикладі хвороби Паркінсона, при якій відбувається поступове відмирання нейронів. Виявляється, поки в головному мозку не згине близько 90% нейронів, клінічні симптоми захворювання (тремтіння кінцівок, обмеження рухливості, нестійка хода, слабоумство) не виявляються, тобто людина виглядає практично здоровим. Значить, одна жива нервова клітина може замінити дев'ять загиблих.
Але пластичність нервової системи - не єдиний механізм, що дозволяє зберегти інтелект до глибокої старості. У природи є і запасний варіант - виникнення нових нервових клітин в головному мозку дорослих ссавців, або нейрогенез.
Перше повідомлення про Нейрогенез з'явилося в 1962 році в престижному науковому журналі "Science". Стаття називалася "Чи формуються нові нейрони в мозку дорослих ссавців?". Її автор, професор Жозеф Олтман з Університету Пердью (США) за допомогою електричного струму зруйнував одну зі структур мозку щура (латеральне колінчаті тіло) і ввів туди радіоактивна речовина, проникаюче у знову виникають клітини. Через кілька місяців учений виявив нові радіоактивні нейрони в таламусі (ділянка переднього мозку) і корі головного мозку. Протягом наступних семи років Олтман опублікував ще кілька робіт, які доводять існування нейрогенезу в мозку дорослих ссавців. Однак тоді, в 1960-і роки, його роботи викликали у нейробіологів лише скепсис, їх розвитку не було.
І тільки через двадцять років нейрогенез був знову "відкритий", але вже в головному мозку птахів. Багато дослідників співочих птахів звертали увагу на те, що протягом кожного шлюбного сезону самець канарки Serinus canaria виконує пісню з новими "колінами". Причому нові трелі він не переймає у побратимів, оскільки пісні оновлювалися і в умовах ізоляції. Вчені стали детально вивчати головний вокальний центр птахів, розташований в спеціальному відділі головного мозку, і виявили, що в кінці шлюбного сезону (у канарок він припадає на серпень і січень) значна частина нейронів вокального центру гинула, - ймовірно, через надмірну функціонального навантаження . В середині 1980-х років професору Фернандо Ноттебуму з Рокфеллерівського університету (США) вдалося показати, що у дорослих самців канарок процес нейрогенеза відбувається в вокальному центрі постійно, але кількість які виникають нейронів схильний до сезонних коливань. Пік нейрогенезу у канарок припадає на жовтень і березень, тобто через два місяці після шлюбних сезонів. Ось чому "фонотека" пісень самця канарки регулярно оновлюється.
В кінці 1980-х років нейрогенез був також виявлений у дорослих амфібій в лабораторії ленінградського вченого професора А.Л. Полєнова.
Звідки беруться нові нейрони, якщо нервові клітини не діляться? Джерелом нових нейронів і у птахів, і у амфібій виявилися нейрональні стовбурові клітини стінки шлуночків мозку. Під час розвитку зародка саме з цих клітин утворюються клітини нервової системи: нейрони і клітини глії. Але не всі стовбурові клітини перетворюються в клітини нервової системи - частина з них "затаивается" і чекає свого часу.
Як було показано, нові нейрони з'являються зі стовбурових клітин дорослого організму і у нижчих хребетних. Однак треба було майже п'ятнадцять років, щоб довести, що аналогічний процес відбувається і в нервовій системі ссавців.
Розвиток нейробіології на початку 1990-х років призвело до виявлення "новонароджених" нейронів в головному мозку дорослих щурів і мишей. Їх знаходили здебільшого в еволюційно древніх відділах головного мозку: нюхових цибулинах і корі гіпокампу, які відповідають головним чином за емоційну поведінку, реакцію на стрес і регуляцію статевих функцій ссавців.
Так само, як у птахів і нижчих хребетних, у ссавців нейрональні стовбурові клітини розташовуються поблизу від бічних шлуночків мозку. Їх переродження в нейрони йде дуже інтенсивно. У дорослих щурів за місяць зі стовбурових клітин утворюється близько 250 000 нейронів, заміщаючи 3% всіх нейронів гіпокампу. Тривалість життя таких нейронів дуже висока - до 112 днів. Стовбурові нейрональні клітини долають довгий шлях (близько 2 см). Вони також здатні мігрувати в нюхову цибулину, перетворюючись там в нейрони.
Нюхові цибулини головного мозку ссавців відповідають за сприйняття і первинну обробку різних запахів, включаючи і розпізнавання феромонів - речовин, які за своїм хімічним складом близькі до статевих гормонів. Сексуальна поведінка у гризунів регулюється в першу чергу виробленням феромонів. Гіпокамп же розташований під півкулями мозку. Функції цієї сложноорганизованной структури пов'язані з формуванням короткостроковій пам'яті, реалізацією деяких емоцій і участю у формуванні статевої поведінки. Наявність у щурів постійного нейрогенезу в нюхової цибулини і гіпокампі пояснюється тим, що у гризунів ці структури несуть основне функціональне навантаження. Тому нервові клітини в них часто гинуть, а значить, їх необхідно оновлювати.
Для того щоб зрозуміти, які умови впливають на нейрогенез в гіпокампі і нюхової цибулини, професор Гейдж з Університету Салком (США) побудував мініатюрний місто. Миші там грали, займалися фізкультурою, відшукували виходи з лабіринтів. Виявилося, що у "міських" мишей нові нейрони виникали в набагато більшій кількості, ніж у їх пасивних родичів, які загрузли в рутинного життя в віварії.
Cтволовие клітини можна витягти з мозку і пересадити в іншу ділянку нервової системи, де вони перетворяться в нейрони. Професор Гейдж з колегами провів кілька подібних експериментів, найбільш вражаючим серед яких був наступний. Ділянка мозкової тканини, що містить стовбурові клітини, пересадили в зруйновану сітківку ока щура. (Світлочутлива внутрішня стінка очі має "нервове" походження: складається з видозмінених нейронів - паличок і колбочок. Коли світлочутливий шар руйнується, настає сліпота.) Пересаджені стовбурові клітини мозку перетворилися в нейрони сітківки, їх відростки досягли зорового нерва, і щур прозріла! Причому при пересадці стволових клітин мозку в неушкоджений очей ніяких перетворень з ними не відбувалося. Ймовірно, при пошкодженні сітківки ока виробляються якісь речовини (наприклад, так звані фактори росту), які стимулюють нейрогенез. Однак точний механізм цього явища досі не ясний.
Перед вченими постало завдання показати, що нейрогенез йде не тільки у гризунів, а й у людини. Для цього дослідники під керівництвом професора Гейджа недавно виконали сенсаційну роботу. В одній з американських онкологічних клінік група хворих, що мають невиліковні злоякісні новоутворення, брала хіміотерапевтичний препарат бромдіоксіурідін. У цієї речовини є важлива властивість - здатність накопичуватися в клітинах, що діляться різних органів і тканин. Бромдіоксіурідін включається в ДНК материнської клітини і зберігається в дочірніх клітинах після поділу материнської. Патологоанатомічне дослідження показало, що нейрони, що містять бромдіоксіурідін, виявляються практично у всіх відділах мозку, включаючи кору великих півкуль. Значить, ці нейрони були новими клітинами, що виникли при розподілі стовбурових клітин. Знахідка беззастережно підтвердила, що процес нейрогенеза відбувається і у дорослих людей. Але якщо у гризунів нейрогенез йде тільки в гіпокампі, то у людини, ймовірно, він може захоплювати більші зони головного мозку, включаючи кору великих півкуль. Нещодавно проведені дослідження показали, що нові нейрони в дорослому мозку можуть утворюватися не тільки з нейрональних стовбурових, але зі стовбурових клітин крові. Відкриття цього феномена викликало в науковому світі ейфорію. Однак публікація в журналі "Nature" за жовтень 2003 року під чому остудила захоплені уми. Виявилося, що стовбурові клітини крові дійсно проникають в мозок, але вони не перетворюються в нейрони, а зливаються з ними, утворюючи двоядерні клітини. Потім "старе" ядро нейрона руйнується, а його заміщає "нове" ядро стовбурової клітини крові. В організмі щура стовбурові клітини крові в основному зливаються з гігантськими клітинами мозочка - клітинами Пуркіньє, правда, відбувається це досить рідко: в усьому мозочку можна виявити лише кілька злилися клітин. Більш інтенсивне злиття нейронів відбувається в печінці і серцевому м'язі. Поки абсолютно незрозуміло, який в цьому фізіологічний сенс. Одна з гіпотез полягає в тому, що стовбурові клітини крові несуть з собою новий генетичний матеріал, який, потрапляючи в "стару" клітку мозочка, продовжує їй життя.
Отже, нові нейрони можуть виникати зі стовбурових клітин навіть в мозку дорослої людини. Цей феномен вже досить широко застосовується для лікування різних нейродегенеративних захворювань (захворювань, що супроводжуються загибеллю нейронів головного мозку). Препарати стовбурових клітин для трансплантації одержують двома способами. Перший - це використання нейрональних стовбурових клітин, які і у ембріона, і у дорослої людини розташовуються навколо шлуночків головного мозку. Другий підхід - використання ембріональних стовбурових клітин. Ці клітини розташовуються у внутрішній клітинної масі на ранній стадії формування зародка. Вони здатні перетворюватися практично в будь-які клітини організму. Найбільша складність в роботі з ембріональними клітинами - змусити їх трансформуватися в нейрони. Нові технології дозволяють зробити це.
У деяких лікувальних установах в США вже сформовані "бібліотеки" нейрональних стовбурових клітин, отриманих з зародкової тканини, і проводяться їх пересадки пацієнтам. Перші спроби трансплантації дають позитивні результати, хоча на сьогоднішній день лікарі не можуть дозволити основну проблему подібних пересадок: нестримне розмноження стовбурових клітин в 30-40% випадків призводить до утворення злоякісних пухлин. Ще не знайдено підходу до запобігання подібного побічного ефекту. Але, незважаючи на це, трансплантація стовбурових клітин, безсумнівно, буде одним з головних підходів в терапії таких нейродегенеративних захворювань, як хвороби Альцгеймера і Паркінсона, які стали бичем розвинених країн.
