Расширяем глаукомный терминологический словарь понятиями астроцитарной логистики
Астроциты могут быть перспективной терапевтической мишенью в попытках регенерировать нейронную сеть при глаукоме
Какие еще тонкие изменения провоцирует глаукомный процесс в тканях глаза?
Группа офтальмологовYi-Xin Liu, Hao Sun, Wen-Yi Guo, специализирующихся на глазной онкологии и воспалительных заболеваниях орбиты (смежные клиники Шанхайского университета, Китайская Народная Республика), в апреле текущего года сообщили в журнале NEURAL REGENERATION RESEARCH о результатах проведенного ими расширенного аналитического обзора о биологической роли клеточных органелл — астроцитов – при различных нейродегенеративных заболеваниях, в сравнении с нейродегенерацией при глаукоме.
С оригинальным текстом можно ознакомиться здесь (>Liu YX , Sun H, Guo WY (2022) Astrocyte polarizaton in glaucoma: a new opportunity. Neural Regen Res 17(12):2582-2588 htps://doi.org/10.4103/1673-5374.339470)
Известно, что астроциты – своего рода каркасная «арматура» животной клетки (имеются в виду млекопитающие), то есть особый тип клеток (существуют также лейкоциты, тромбоциты, фагоциты и др).
Название свидетельствует, что эти клетки имеют особую звездчатую «астро»- форму благодаря наличию множества отростков с так называемыми ножками, которыми астроциты закрепляются на стенках кровеносных капилляров и нейронов, соединяя их и формируя таким образом масштабную ажурную внутриклеточную архитектуру, в то же время достаточно надежно изолированную и обеспечивающую работу гематоэнцефалического барьера (между кровеносной и центральной нервной системами).
Отростки полые; помимо опорной и изоляционной, они выполняют «логистические» функции транспортировки межклеточной жидкости, осуществляя ионный обмен. Иными словами, астроциты работают как каркасная система и как система трофическая (обеспечивающая метаболизм и тем самым — жизнедеятельность нейронной сети).
Скопление астроцитов носит название астроглии.
В научной периодике есть очень интересная отечественная концепция функции астроглиальной сети применительно к нейронной сети мозга. Она принадлежит О.А. Гомазкову (НИИ биомедицинской химии, Москва). Ознакомиться с публикацией можно здесь
АСТРОЦИТЫ МОЗГА И СИНАПТИЧЕСКИЙ ДИССОНАНС: НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНАЯ И ПСИХИЧЕСКАЯ ПАТОЛОГИЯ. О.А. Гомазков. УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2020, том 140, No 2, с. 130–139. DOI: 10.31857/S0042132420010019.
Исследователи из Шанхая предложили научному сообществу свою оригинальную концепцию изменения состояния астроцитов при глаукоме.
Мы используем здесь возможностью сопоставить исследования особенностей астроцитарной системы в норме и патологии (нейродегенерации).
Рассматриваемые исследования в Китае и в России проведены примерно в одно время, на аналогичных биологических объектах (старых мышах), но на разных биологических тканях – ткани глаза и ткани головного мозга.
Исследование китайских офтальмологов важно для рассмотрения именно потому, что астроциты и их поведение изучаются в основном применительно к заболеваниям центральной нервной системы и головного мозга; заболевания глаз, как правило, не входят в этот перечень.
Мы увидим, насколько универсальны биологические ответы астроцитарных систем на нейродегенеративные состояния, естественные (возрастные) или же индуцированные в лабораторных условиях. Ответ мы наблюдаем в биологических тканях (нейронной сети) разных органов.
Исследовательская группа из КНР сообщила, что опиралась на подразделение астроцитов на нейропротекторные (защитные) и нейротоксичные (агрессивные).
Как сообщила в текущем году еще одна исследовательская группа, но уже из университетов Люксембурга и Германии ( https://doi.org/10.3389/fphys.2022.814889; https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.1926a75a-630b1e20-180da22c-74722d776562/https/www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2022.814889/full), при естественном старении и при возрастных тяжелых нейродегенеративных заболеваниях (Паркинсон, Альцгеймер), а также при длительных вялотекущих воспалительных процессах, астроцитарная сеть действительно проявляет свойства «многогранной нейротоксичности», ускоряющие разрушительные процессы, характерные для этих заболеваний.
Нейропротекторные же астроциты были обнаружены, кроме перечисленных, при исследовании особенностей тканевых образцов, взятых от больных БАС (боковой амиотрофический склероз). Этот обширный обзор был выполнен Медицинским колледжем Университета Ханьян, Сеул, Республика Корея (Квон Х.С., Кох Ш. Нейровоспаление при нейродегенеративных расстройствах: роль микроглии и астроцитов. Перевод Neurodegener 9, 42 (2020). https://doi.org/10.1186/s40035-020-00221-2).
Считается, что астроциты различаются по расположению. Например, в головном мозге протоплазматические астроциты расположены в сером веществе, а волокнистые астроциты ─ в белом веществе.
Важнейшее свойство нервной клетки (нейрона) – полярность. Она зависит от неравномерности распределения неорганических ионов (калия, натрия, хлора) с разным биоэлектрическим зарядом; наружная поверхность (мембрана) клетки в покое заряжена положительно в противоположность содержимому с отрицательным зарядом.Такая неравномерность, или электрохимический градиент (перепад), позволяет нейронам передавать по сети сигналы, причем – в одном направлении. Например, у большинства живых клеток концентрация ионов калия в протплазме (то есть внутри) в 50 раз выше, чем во внеклеточной жидкости. Дальнейший ход событий зависит от проницаемости наружной мембраны клетки, то есть от способности ионов калия проникнуть во внешнюю среду. Когда клетка активна, она пропускает через себя также другие ионы – натрия, кальция, хлора. В результате электрохимические свойства клетки изменяются.
Из литературы известно, что, когда мембрана возбуждённого участка нерва становится проницаемой для ионов натрия, мембрана деполяризуется. На определенном уровне деполяризации возникают так называемый потенциал действия, а затем наступает «нисходящая» фаза реполяризации клетки или гиперполяризация. Состояния эти постоянно меняются.
Специалисты едины во мнении, что полярность нейрона облегчает передачу направленного потока информации в нейронной сети. Именно нарушения трансмиссии в нейронной сети, зависящие от поведения астроцитарных скоплений, рассматриваются сегодня как причины нейрокогнитивных расстройств (шизофрении, психоэмоциональных расстройств, маниакальных состояний, биполярных расстройств, эпилепсии и др), как указано в обзоре упомянутого выше отечественного исследователя.
Таким образом, астроцитарная сеть живой клетки представляет собой своего рода логистическую структуру трансляции нервных импульсов, от которой во многом зависит качество зрения.
Как же соотносится эта полезная информация к новым знаниям о глаукоме?
Китайские авторы исходили из того, что глаукома – нейродегенеративное заболевание, для которого характерно поражение ганглиозного (нервного) слоя сетчатки и гибель аксонов (длинных отростков нейрона). Это патогенетическая «область» заболевания, которая в настоящее время не может быть контролируема; единственным показателем, поддающимся медикаментозному «управлению» является внутриглазное давление.
Углубленное изучение особенностей поведения астроцитов в нервной ткани глаза ( в ганглиях сетчатки и в зоне зрительного нерва) началось в первом десятилетии 2000-х годов. Зарубежной научной школой на лабораторных животных было установлено, что морфологические характеристики астроцитов в препаратах глазной ткани у разных биологических видов и классов (например, приматов и грызунов), отличаются по насыщенности астроглиальных скоплений в решетчатой пластинке склеры коллагеновой тканью; у приматов насыщенность много выше. Соответственно, воспалительные процессы в нервной ткани глаз у разных биологических видов проходят с разной интенсивностью. Процессы поляризации астроцитов при этом остаются малоизученными.
Оказалось, что астроциты как раз могут быть терапевтической мишенью в попытках активировать их нейропротекторные функции и регенерировать нейронную сеть при глаукоме.
На основании глубокого анализа литературных данных авторы утверждают, что в ткани диска зрительного нерва явление реактивности астроцитов представлено очень ярко, учитывая пространственную ограниченность камер глаза. С «телами» нейронов тесно связаны анатомически протоплазматические астроциты, то есть «внутренние». Так называемые волокнистые астроциты, — второй их подкласс, — расположены преимущественно на передаточных узлах аксонов (отростков).
Реактивные протоплазматические астроциты сетчатки находятся «в мобилизованном» агрегированном состоянии. При каких-либо нежелательных вторжениях (начале глаукомного процесса) начинаются изменения в поведении аксонов – они втягиваются по краям нейрона и перераспределяются по его поверхности. Соответственно астроциты «растягиваются», меняя объем и морфологию. Затем аксоны вновь перерастягиваются для восстановления первичных параметров.
Китайские авторы акцентируют внимание на том, что в ответ на высокое внутриглазное давление начинаются структурные молекулярные изменения астроцитов зоны диска зрительного нерва. Происходит активное перераспределение концентраций жизненно важных ионов. Есть данные, что сильно изменяется транспорт глюкозы, поскольку резко изменяется потребность нервных клеток в энергетической поддержке и удержании биологической активности.
Реактивный астроцитоз нарушает покой клетки и сопровождается бурной пролиферацией. Начинается каскадное увеличение роста астроцитов, тем большее, чем тяжелее нарушения извне (чем выше внутриглазное давление и нейродегенерация).
В результате таких бурных преобразований, как выяснилось, нарастает повреждение структуры диска зрительного нерва и сетчатки, причем в зоне диска зрительного нерва – более значительное. Многие исследователи связывают этот эффект с пространственной «стесненностью» диска зрительного нерва по сравнению с «более свободной» поверхностью сетчатки.
В начале статьи мы упомянули, что в данном исследовании, кроме того, астроциты были подразделены на нейропротекторные (защитные) и нейротоксичные (агрессивные).
Авторы изучили их поляризацию при глаукоме.
Оказалось, что поведение нейротоксичных астроцитов связано с высвобождением митохондрий, то есть разрушением «энергетических подстанций» ткани глаза. По сообщениям многих авторов, в эксперименте почти вся нейронная сеть сетчатки (ганглии) погибает при культивировании с астроцитарными скоплениями, то есть токсичные астроциты реально существуют, сильно разрушая клеточные мембраны.
Астроциты протекторного назначения, напротив, могут содействовать выживанию нейронов и регенерации тканей.
Данные литературных источников свидетельствуют о столь же значимой роли реактивного астроцитоза на фоне глаукомного процесса, причем при хронически высоком внутриглазном давлении астроцитох нарастает, как было сказано выше. Считается также, что астроцитоз может сопровождаться дистрофией концевых участков аксонов, в результате чего может быть спровоцирован усиленный синтез коллагена для решетчатой пластинки.
В целом, четкого представления о том, что происходит в глаукомном глазу, пока что нет, — по этому поводу идет активная дискуссия биохимиков и нейрофизиологов. Достоверно показано лишь, что в препаратах диска зрительного нерва (в эксперименте) действительно наблюдается картина пролиферативного астроглиоза, и более выраженная в головке зрительного нерва, нежели в сетчатке.
Предположительно, в будущем возможна поляризационная регулировка астроцитарной активности в глаукомных глазах, с тем чтобы повысить активность протекторных астроцитов. Это возможное новое слово в лечебной стратегии при глаукоме.
Итак, до свиданья, лето! Объем информации, предоставленной нами аудитории в этом сезоне, поистине огромен. Приглашаем к чтению и обдумыванию.