Морфологические аспекты нейрогенеза в головном мозге взрослого человека

Авторы:
  • А. А. Перминова
    ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России, Санкт-Петербург, Россия
  • В. А. Цинзерлинг
    ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России, Санкт-Петербург, Россия; ,ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет», Санкт-Петербург, Россия
Журнал: Архив патологии. 2018;80(6): 55-61
Просмотрено: 1771 Скачано: 235

Широкая распространенность заболеваний, приводящих к инвалидности вследствие поражений головного мозга, делает исключительно актуальным изучение различных механизмов нейрореабилитации, среди которых в последнее время важную роль стали отводить нейрогенезу. Нейрогенез — процесс, приводящий к образованию функционирующих нейронов из нейральных стволовых клеток. За последние 20 лет получено большое количество данных о нейрогенезе в головном мозге у взрослых животных. Несмотря на то что развитие головного мозга человека в пренатальном периоде изучено достаточно хорошо, количество работ, посвященных процессу образования новых нейронов в головном мозге взрослого человека, не столь велико. Среди прочего это связано со сложностью получения тканей головного мозга от живого человека, в том числе от пациентов, у которых заболевание не закончилось летальным исходом. Кроме того, в настоящее время недостаточно изучено, насколько полноценны в функциональном отношении вновь образованные нейроны и их связи. Настоящий обзор посвящен исследованиям нейрогенеза в головном мозге взрослого человека.

Общие сведения

В 1894 г. S. Ramon y Cajal описал фенотип клеток ЦНС и определил структуры мозга как статичные и не способные к образованию новых клеток [1], а уже в 1912 г. были впервые продемонстрированы пролиферирующие клетки в стенке латеральных желудочков головного мозга у крыс [2]. Почти за 100 лет исследования получено много новых данных. «Традиционными» нейрогенными зонами считаются субвентрикулярная и субгранулярная зона зубчатой извилины гиппокампа [3, 4]. Однако большинство исследований было проведено на животных. Работ, выполненных на материале, полученном от человека, на сегодняшний день очень немного.

В 1996 г. in vitro впервые показана способность нейросенсорных обонятельных клеток взрослого человека к пролиферации и дифференцировке. Обонятельный эпителий был получен как из аутопсийного (8—25 ч с момента смерти), так и из биопсийного материала (максимальный возраст пациента 72 года). Под воздействием bFGF (basic fibroblast growth factor) биполярные клетки дифференцировались, становясь иммунопозитивными по отношению к некоторым нейрональным (но не глиальным) белкам. С помощью радиоавтографии с 3H-тимидином доказано, что эти нейроны появились in vitro [5]. P. Eriksson и соавт. [6] продемонстрировали, что в зубчатой извилине гиппокампа взрослого человека из делящихся клеток-предшественников образуются новые нейроны. Деление документировалось с помощью бромдезоксиуридина (BrdU), а их принадлежность к нейронам — по окрашиванию на NeuN (neuronal nuclei) и NSE (neuron specific enolase), которые коэкспрессировались с бромдезоксиуридином. При этом среди BrdU±клеток встречались как NSE+ и NeuN+ (молодые нейроны, около 22% клеток), так и GFAP+ (glial fibrillary acidic protein) клетки (молодая астроглия, около 18% клеток). Перекрестную реакцию на нейрональные и глиальные маркеры не выявляли, однако во всех наблюдениях были BrdU±клетки, не экспрессировавшие ни глиальные, ни нейрональные маркеры и морфологически похожие на недифференцированные клетки. Помимо зубчатой извилины, авторы изучили субвентрикулярную зону вблизи хвостатого ядра, в которой обнаружили BrdU±клетки, которые не коэкспрессировали ни GFAP, ни NeuN, что позволило предположить, что в этой зоне находятся низкодифференцированные предшественники. Исследование проводили на аутопсийном материале, полученном от 5 пациентов, страдавших плоскоклеточным раком корня языка, гортани или глотки без метастазов в головной мозг. Всем пациентам BrdU вводили внутривенно (пациенты в этот момент не получали противоопухолевую терапию).

В исследовании K. Spalding и соавт. [7] количество вновь образованных клеток в гиппокампе человека оценивали путем измерения 14C в ДНК пролиферирующих клеток. Часть нейронов гиппокампа появляется постнатально, однако «обороту» подлежит 35% нейронов гиппокампа человека, в то время как у мышей этот показатель составляет 10%. В гиппокампе взрослого человека ежедневно образуется 700 новых нейронов, что приводит к замене 1,75%. Количество вновь образованных нейронов несколько снижается с возрастом. Инкорпорация 14C в организм человека происходила путем потребления в пищу растений, содержащих 14C как последствие ядерных испытаний. Исследование проводили на аутопсийном материале, полученном от пациентов 19—92 лет. Из ткани гиппокампа изолировали ядра клеток, которые затем инкубировали с антителами к NeuN. Далее ядра нейронов и клеток, не являвшихся нейронами, разделяли методом проточной цитометрии.

В дальнейшем аналогичным методом установлено, что маркеры нейробластов DCX (даблкортин) и PSA-NCAM (Polysialylated neural cell adhesion molecule) выявляются не только в субвентрикулярной зоне, но и в стриатуме. Исследование проводили на аутопсийном материале. Методом центрифугирования из стриатума изолировали ядра, затем с помощью антител к NeuN и SOX10 (SRY-related HMG-box) и проточной цитометрии идентифицированные как нейрональные и глиальные [8]. Следует заметить, что у животных нейрогенные процессы в стриатуме замечены относительно давно [9].

Еще одной нейрогенной зоной у животных являются обонятельные луковицы (как часть рострального миграционного потока) [10]. У человека в этой зоне пролиферирующие клетки-предшественники либо незрелые нейроны пока не обнаружены, однако в 2014 г. с помощью функциональной геномики была доказана возможность нейрогенеза в обонятельной луковице взрослого человека. Пятая часть экспрессировавшихся в обонятельной луковице генов служит для функционирования и развития нервной системы, половина из которых связана с аксоногенезом. Другие экспрессировавшиеся гены связаны с передачей сигнала или ответом на химические стимулы. Исследование проводили на двух обонятельных луковицах от 1 пациента (операционный материал) [11].

Нейрогенез и возраст

В опытах на животных показано, что пролиферация в нейрогенных зонах снижается с возрастом [12, 13]. Работ, посвященных тому, как меняется процесс образования новых нейронов в головном мозге человека в зависимости от возраста, крайне мало. Среди них исследование N. Roy и соавт. [14], которые in vitro изучали нейрогенез из клеток-предшественников, полученных из зубчатой извилины гиппокампа взрослого человека (операционный материал при височной лобэктомии). Была произведена трансфекция выделенных клеток плазмидной ДНК, несущей ген hGFP (humanized green fluorescent protein). Плазмидная ДНК была помещена перед генами, кодирующими нестин (нейроэпителиальный белок) или T-α1-тубулин (ранний нейрональный белок). Флюоресцирующие клетки отсортированы с помощью проточной цитометрии. Нестин+ и T-α1-тубулин+ клетки помещены отдельно. Авторы показали, что и те и другие клетки in vitro превратились в нейроны (экспрессия βIII-тубулина либо МАР-2 (microtubule-associated protein-2)), причем многие из них инкорпорировали BrdU+, что свидетельствует о появлении этих клеток в процессе культивирования in vitro. Исследование проводили на материале, полученном от 8 пациентов мужского пола 5—63 лет, при этом авторы не указывают на какие-либо различия в зависимости от возраста.

R. Knoth и соавт. [15] исследовали изменения нейрогенеза у человека и животных с возрастом. Установлено, что в гиппокампе взрослого человека иммуногистохимические (ИГХ) характеристики нейрогенеза похожи на таковые у грызунов. С возрастом у человека общее количество DCX±клеток в гиппокампе экспоненциально уменьшается. В отличие от животных у человека не удалось обнаружить морфологически столь четкой субгранулярной зоны, как у грызунов. При этом в раннем постнатальном периоде вместе с DCX в клетках выявляется еще 14 маркеров (маркеры пролиферации — PCNA (proliferating cell nuclear antigen), Ki-67, Mcm2 (Saccharomyces cereviseae minichromosome maintenance 2 homolog); маркеры клеток предшественников — нестин и Sox2; маркеры созревания — PSA-NCAM, кальретинин, Tuc4, βIII-тубулин, NeuN, Map2, GAD67; маркеры клеточных линий — NeuroD1, Prox1). К 40–50 годам с DCX перестают коэкспрессироваться Tuc4, MAP2, NeuroD1 и Ki-67. У лиц старше 75 лет вместе с DCX в клетках обнаруживаются уже только PCNA, Sox2, нестин, βIII-тубулин (он же Tuj1), кальретинин, NeuN, GAD67, Prox1. Исследование проводили на архивном аутопсийном материале от пациентов обоих полов в возрасте от 1 дня до 100 лет с позитивным и негативным контролем и с определением на индуцируемые гипоксией белки. Для исследования использованы вестерн-блоттинг, ИГХ-метод и гибридизация in situ.

В 2016 г. подробно изучен нейрогенез в субвентрикулярной и субгранулярной зонах головного мозга человека в зависимости от возраста. Установлено, что в течение первых лет жизни в субвентрикулярной и субгранулярной зонах происходит быстрое уменьшение количества пролиферирующих клеток: в субвентрикулярной зоне количество делящихся клеток становится равным количеству пролиферирующих клеток в окружающей паренхиме к 4 годам жизни, а в субгранулярной — к 1 году. У детей раннего возраста пролиферирующие клетки коэкспрессируют EGFR (маркер нейральных предшественников), Olig2 (маркер олигодендроглии), DCX и Tuj1 (маркеры незрелых клеток нейрональной дифференцировки). Однако после 3 лет клетки микроглии (Iba1+) были единственными пролиферирующими клетками в субвентрикулярной и субгранулярной зонах и в окружающей паренхиме. Если окрашивание на Ki-67 и PCNA в субвентрикулярной зоне располагалось в одних и тех же частях клеток во всех возрастных группах, то окрашивание на DCX в возрасте до 4 лет выявлялось перинуклеарно и в дендритах, в 7—16 лет преимущественно перинуклеарно, а после 16 лет не выявлялось вовсе. Исследование [16] проводили на аутопсийном материале от 23 пациентов (возраст 0,2—59 лет) с использованием ИГХ-метода и иммунофлюоресценции (ИФ).

В 2018 г. в журнале Nature опубликовано большое исследование, в котором авторы [17] показали, что нейрогенез в гиппокампе человека быстро снижается в постнатальном периоде и практически прекращается во взрослом возрасте.

Нейрогенез в условиях ишемического и геморрагического инсульта

В исследованиях на животных многократно показано, что нейрогенез в головном мозге (в частности, в субвентрикулярной и субгранулярной зонах) усиливается при ишемическом повреждении [18]. Хотя при повреждении в субвентрикулярной и субгранулярной зонах активируются пролиферативные процессы, часть из вновь образованных нейронов гибнет в результате апоптоза [19]. Усиление пролиферации при повреждении приводит к появлению большого количества незрелых астроцитов и активированной микроглии (но не нейронов) в субвентрикулярной зоне у взрослых крыс [20].

В 2006 г. впервые показано, что в головном мозге взрослого человека при инсульте вокруг очага некроза находятся клетки, экспрессирующие маркеры вновь образованных нейронов, причем эти клетки располагались преимущественно вблизи кровеносных сосудов. Исследование проводили на биопсийном материале от 6 пациентов, в качестве контроля использовали аутопсийный материал. При проведении ИФ-исследования применяли маркеры пролиферирующих клеток (Ki-67, PCNA, MCM2) и маркеры нейрональной линии дифференцировки (даблокортин — DCX, TUC4 (TOADUlipCRMP family protein 4), βIII-тубулин, ENCAM (embryonic nerve cell adhesion molecule)). В головном мозге пациентов из контрольной группы были единичные Ki-67±клетки и отсутствовали клетки с фенотипом Ki-67+/DCX+. В головном мозге пациентов с инсультом возрастало количество Ki-67±клеток и появлялись Ki-67+/DCX±клетки. Во многих Ki-67±клетках коэкспрессировались PCNA и MCM2 (маркеры недавней пролиферации), а также DCX, TUC4, βIII-тубулин (маркеры вновь образованных нейронов). Интересно заметить, что некоторые Ki-67+/DCX±клетки имели морфологию мигрирующих клеток (вытянутая цитоплазма, «лидирующий» край (leading edge) и «отстающее» ядро). В зубчатой извилине гиппокампа новые нейроны располагались вблизи сосудов (васкулярные ниши) [21].

Еще одно важное исследование [22] проведено на аутопсийном материале от 84-летней пациентки, которая за неделю до смерти перенесла инсульт в области правой нижней лобной извилины. При ИГХ-исследовании использовали антитела к нестину, Musashi, PSA-NCAM, von Willebrand factor, VEGF (vascular endothelial growth factor), SOX2 и (SSEA)-4 (stage-specific embryonic antigen — для выявления недифференцированных эмбриональных стволовых клеток). Обнаружено, что в зоне инфаркта присутствуют нейральные стволовые клетки (Nestin+, SOX2+, (SSEA)-4+) и нейральные клетки-предшественники (Musashi+, PSA-NCAM+), при этом в симметричных областях головного мозга таких клеток не было. У пациентки выявлено увеличенное количество нейральных стволовых клеток в субвентрикулярной зоне по сравнению с контролем. В зоне инфаркта была также выражена сосудистая реакция: много VEGF±клеток (возможно, VEGF является хемоаттрактантом, привлекающим нейральные стволовые клетки в зону повреждения), выявлялся фактор Виллебранда (свидетельствует о неоангиогенезе).

J. Shen и соавт. [23] показали, что у пациентов с первичным внутримозговым кровоизлиянием в участках базальных ядер и теменной доли вблизи гематомы клетки экспрессировали βIII-тубулин (ранний маркер клеток нейрональной дифференцировки), нестин (промежуточный филамент, обнаруживаемый у нейроэпителиальных предшественников), DCX (белок, ассоциированный с мигрирующими и дифференцирующимися нейронами), Musashi1 (маркер нейральных клеток-предшественников, в том числе нейральных стволовых клеток), Tuc4 (ранний маркер клеток с нейрональной дифференцировкой). Большинство нестин±клеток коэкспрессировало GFAP, что говорит об их принадлежности к астроцитам, а большая часть DCX±клеток коэкспрессировала βIII-тубулин, Musashi1 и Tuc4, причем все эти клетки были GFAP-негативными, что говорит об их принадлежности к нейрональной линии дифференцировки. В этих же клетках колокализованы маркеры клеточной пролиферации (Ki67, MCM2, PCNA). Авторы пришли к выводу, что внутримозговое кровоизлияние активирует нейрогенез в мозге взрослого человека. Исследование с изучением коэкспрессии маркеров ИФ-методом проводили на операционном материале, полученном от 5 пациентов.

Нейрогенез при нейродегенеративных заболеваниях

При моделировании на животных болезней Альцгеймера, Паркинсона и Гентингтона установлено, что при нейродегенеративных заболеваниях количество пролиферирующих клеток в головном мозге уменьшается по сравнению с контролем [24—26]. Данные, полученные у человека, не столь однозначны.

Установлено, что амилоидный β-пептид (самоаггрегирующийся нейротоксичный белок, который связывают с развитием болезни Альцгеймера) нарушает нейрогенез в субвентрикулярной зоне в культуре нейральных клеток-предшественников эмбриона человека (возраст 8—10 нед). Нейрогенез нарушается из-за подавления пролиферации и дифференцировки и активации апоптоза (вследствие нарушения регуляции обмена кальция в нейральных клетках-предшественниках) [27]. Однако чуть позднее выявлена возможность нейрогенеза в головном мозге взрослого человека в ответ на потерю нейронов, исследование проведено на аутопсийном материале от 9 пациентов с болезнью Гентингтона 41—74 лет. Проведено ИФ-окрашивание на белки PCNA (маркер S-фазы выявляет пролиферирующие клетки), GFAP и VIM (маркеры глиальных клеток) NeuN и βIII-тубулин (маркеры нейронов). В субэпендимальном слое, граничащем с хвостатым ядром, значительно увеличивалось количество PCNA±клеток в головном мозге пациентов с болезнью Гентингтона по сравнению с контролем. При этом в субэпендимальном слое были клетки как с фенотипом βIII-тубулин+/PCNA±нейроны (больше в глубоких слоях субэпендимального слоя), так и GFAP+/PCNA±глия (больше в поверхностных слоях субэпендимального слоя). Поскольку белок PCNA выявляется еще и в клетках в состоянии апоптоза или репарации, то было проведено ИГХ-окрашивание на TUNEL (Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling). В субэпендимальном слое обнаружено очень малое количество TUNEL±клеток, в то время как в хвостатом ядре — большое [28].

Выявлено, что при нейродегенеративных заболеваниях изменяется экспрессия активирующего транскрипцию фактора 2 (ATF2), который участвует как в нейрогенезе, так и в апоптозе нервных клеток. A. Pearson и соавт. [28] с помощью ИГХ-метода обнаружили ATF2 в головном мозге здорового человека в нейронах коры и в большом количестве в гранулярных клетках гиппокампа, стволе, пигментированных клетках substancia nigra и locus coeruleus, а также в молекулярном и гранулярном слоях мозжечка (авторами показано, что ATF2 не обнаруживается в глиальных клетках). В отличие от здорового головного мозга экспрессия ATF2 была снижена в гиппокампе при болезни Альцгеймера, в substancia nigra – при болезни Паркинсона и хвостатом ядре при болезни Гентингтона, причем при болезни Гентингтона в субэпендимальном слое экспрессия ATF2 увеличена по сравнению с контролем. Эти данные согласуются с тем, что при болезни Гентингтона в этой зоне увеличивается число пролиферирующих клеток. Исследование [29] проводили на аутопсийном материале от 48 пациентов (включая контрольную группу).

Еще одна работа посвящена выявлению изменения экспрессии ИГХ-маркеров в гиппокампе пациентов с деменцией с тельцами Леви. Изменения оценивали в субгранулярной, субвентрикулярной и эпендимальной зонах. Во всех зонах выявлено существенное уменьшение количества Musashi1±клеток, увеличение экспрессии PCNA в субвентрикулярной и субгранулярной зонах, а также увеличение количества экспрессирующих DCX-клеток в субвентрикулярной и эпендимальной зонах. Значимых различий при ИГХ-окрашивании на нестин, β-амилоид и GFAP между исследуемой и контрольными группами не обнаружено. Исследование [30] проводили на аутопсийном материале от 8 пациентов.

Нейрогенез и эпилепсия

При моделировании эпилепсии на грызунах показаны некоторые изменения в морфологии и связях вновь образованных нейронов (в частности, расширение дендритов, эктопическая миграция) [31]. Исследования влияния эпилепсии на нейрогенез у людей единичны.

Через 10 лет после описанного в 1997 г. нейрогенеза in vitro в эпилептогенном очаге височной доли неокортекса взрослого человека установлено, что в конечном мозге взрослого человека, страдающего эпилепсией, происходит нейрогенез, который отсутствует в контрольной группе [32]. Он начинался в субвентрикулярной зоне и продолжался в белом веществе, а затем и в неокортексе в патологических зонах, ассоциированных с эпилепсией. Авторы предположили, что этот нейрогенез может представлять собой либо часть патологического процесса, либо нарушенный механизм репарации. Исследование [33] проводили на операционном и аутопсийном материале от 47 пациентов, страдавших различными эпилептическими синдромами. В ходе исследования проводили ИГХ-окрашивание на Ki-67, PSA-NCAM, NeuN, MAP2, Tuj1, GFAP и CD68.

In vitro показано, что пролиферация клеток из зубчатой извилины гиппокампа взрослого человека с фармакорезистентной височной эпилепсией зависит от длительности заболевания. Исследование проводили на операционном материале от 16 пациентов, у которых заболевание наблюдали в течение нескольких лет. При культивировании клеток из зубчатой извилины гиппокампа пациентов, страдавших эпилепсией 10,20±1,93 года, образовывались нейросферы, а из клеток пациентов, страдавших эпилепсией 25,83±1,99 года, нейросферы не образовывались, причем процесс образования нейросфер не коррелировал с возрастом. При ИФ-исследовании нейросферы экспрессировали в большом количестве Mcm2, Musashi1, нестин, DCX, Tuj1, а также GFAP и cnpазу (маркер олигодендроглии) [34].

Нейрогенез при героиновой и алкогольной аддикциях

В многочисленных исследованиях на животных (в основном грызунах) показано, что хронические аддикции (никотиновая, алкогольная, опиатная, кокаиновая и др.) приводят к подавлению нейрогенеза [35].

На сегодняшний день известна лишь одна работа, в которой изучено влияние алкогольной зависимости на пролиферацию клеток в головном мозге человека. Показано, что у человека хронический алкоголизм не влияет на количество пролиферирующих клеток (PCNA+) в субвентрикулярной зоне и обонятельной луковице. Исследование проводили на аутопсийном материале от 15 пациентов [36].

R. Bayer и соавт. [37] в 2015 г. опубликовали результаты исследования, которое было посвящено нарушениям нейрогенеза в зубчатой извилине гиппокампа взрослых людей, страдавших зависимостью от героина и умерших от героиновой интоксикации. Однако многие из пациентов страдали не только героиновой, но и другими аддикциями (бензодиазепины, кокаин, каннабис и др.). Исследование проводили на аутопсийном материале от 20 пациентов обоих полов (возраст 17—45 лет). Для идентификации ИГХ-методом пролиферирующих клеток использовали маркер Ki-67, для выявления нейральных клеток-предшественников — нестин и Musashi1, для обнаружения ранних постмитотических нейронов — кальретинин, для исключения клеток глии — GFAP. Для выявления колокализации использовали ИФ-метод с антителами к NeuN, Tuj1, DCX, нестину и GFAP. Установлено, что в головном мозге пациентов с героиновой аддикцией уменьшено общее количество нейральных Musashi1±клеток-предшественников, причем количество пролиферирующих клеток было одинаково низкое как у лиц с героиновой зависимостью, так и в контроле. Колокализация Ki-67 и GFAP незначительная, что говорит в пользу того, что пролиферирующие клетки – нейральные предшественники. Кроме того, у лиц с героиновой зависимостью не наблюдалось зависимого от возраста увеличения дифференцирующихся Musashi1±клеток в отличие от здорового контроля. У лиц с героиновой зависимостью в отличие от контроля также отсутствовало окрашивание кальретинином дендритов, что говорит о повреждении последних, в то время как общее количество кальретинин±клеток в исследуемой группе и контроле было одинаковым.

Нейрогенез при травматическом повреждении

Существует довольно большое количество работ [38], в которых показано, что нейрогенез у животных усиливается в ответ на травматическое повреждение.

С помощью ИГХ- и ИФ-методов установлено, что в участках коры человека, расположенных по соседству с зоной травматического повреждения, возрастает уровень экспрессии маркеров нейральных стволовых клеток и клеток-предшественников (SOX2, Tuc4, NeuroD, DCX, PSA-NCAM) по сравнению с контролем. В тех же клетках выявляли маркеры пролиферации (Ki-67 и Mcm2), причем общее количество пролиферирующих нейральных стволовых клеток существенно возрастало после травматического повреждения. Исследование проводили на операционном материале от 11 пациентов (возраст 48—78 лет) [39].

Регуляция нейрогенеза

Сведения о факторах, оказывающих влияние на пролиферацию и дифференцировку нейрональных стволовых клеток и клеток-предшественников, отрывочны и крайне скудны.

Еще 1998 г. in vitro в опыте на человеческом фетальном нейроэпителии показан дозозависимый эффект bFGF на рост нейробластов, а также то, что под влиянием bFGF клетки приобретают веретеновидную форму, удлиняются, их отростки начинают ветвиться и активируются гены, ассоциированные с нейронами (усиливается синтез мРНК нейрофиламентов) [40]. Большие дозы bFGF способны блокировать нейрогенез [41].

M. Monje и соавт. [42] показали, что под влиянием химио- и лучевой терапии медуллобластомы и острого миелобластного лейкоза подавляется нейрогенез и возникает воспалительная микроглиальная реакция в гиппокампе человека. Исследование проводили на аутопсийном материале. Для ИГХ-исследования использовали маркеры нейроногенеза (DCX), пролиферирующих клеток (Ki-67), глиогенеза (Olig2) и микроглии (CD68). Количество вновь образованных нейронов (DCX+) в гиппокампе у пациентов, получавших химио- и лучевую терапию, уменьшалось в 10—100 раз по сравнению с контролем. Кроме того, после облучения в гиппокампе наблюдается увеличение количества CD68±клеток. При этом количество Olig2±клеток в контроле и после химиолучевой терапии осталось относительно неизменным.

Показано, что низкомолекулярные ингибиторы GSK-3 усиливают нейрогенез в культуре нейральных клеток-предшественников человека (линия ReNcell VM). Авторы [43] обрабатывали дифференцирующиеся нейральные клетки-предшественники ингибиторами GSK-3 и наблюдали изменения в активности GSK-3, GSK-3-опосредованного сигналинга (для этих целей использовали вестерн-блоттинг) и изменения в процессе дифференцировки клеток (ИГХ-окрашивание на βIII-тубулин и TUNEL). При обработке клеток ингибитором GSK-3 на 4-й день культивирования не выявлено разницы ни в плотности клеток в культуре, ни в количестве TUNEL±клеток. В то же время значительно возрастала пропорция нейронов в культуре — от 2,6% в контроле до 5,7 и 4,1% — под воздействием ингибиторов (SB216763 и kenpaullone соответственно). In vitro установлено, что антидепрессант сертралин усиливает нейрогенез в клетках гиппокампа человека путем активации глюкокортикоидного рецептора. Под воздействием антидепрессанта в культуре увеличивалось количество как незрелых нейробластов (DCX+), так и зрелых нейронов (MAP2+), причем эффект нивелировался антагонистом глюкокортикоидных рецепторов RU486. При этом пролиферация клеток-предшественников (исследовалась инкорпорация BrdU) увеличивалась только при воздействии сертралина вместе с агонистом глюкокортикоидных рецепторов дексаметазона, этот эффект также подавлялся под влиянием RU486. Для исследования использовали культуру гиппокампальных клеток-предшественников человека линии HPC03A/07 [44].

В исследовании in vitro показано, что цитокин интерлейкин-1β, уровень которого повышен у пациентов с депрессией, подавляет нейрональную дифференцировку в клетках-предшественниках гиппокампа человека. Интерлейкин-1β приводил к уменьшению количества как незрелых DCX±нейробластов, так и зрелых MAP2±нервных клеток. Однако вместе с тем интерлейкин-1β приводил к увеличению количества клеток, инкорпорирующих BrdU, что говорит об усилении пролиферации. Методом qPCR также установлено, что интерлейкин-1β вызывает повышение уровня экспрессии генов ферментов IDO (индоламиндиоксигеназа), KMO (кинуренинмонооксигеназа) и кинурениназы, которые задействованы в нейротоксической ветви метаболизма триптофана, причем использование ингибитора KMO подавляло негативный эффект интерлейкина-1β на нейрогенез. В исследовании [45] использовали культуру клеток гиппокампа человека линии HPC03A/07.

Группе отечественных авторов [46] при описании наблюдения 39-летней женщины с посттравматическим вегетативным состоянием удалось показать, что лечение ботулотоксином, А привело к восстановлению сознания и положительной динамике при ПЭТ-исследовании, четко коррелировавшем топографически с признаками нейрогенеза, которые оценивали по выявлению ИГХ нестина, Musashi1, PCNA, Ki67 и Tuc4.

Работ, посвященных нейрогенезу при нейроинфекциях любой этиологии, в литературе нет.

Выводы

1. В постнатальном нейрогенезе у человека участвуют субвентрикулярная зона, субгранулярная зона зубчатой извилины гиппокампа, стриатум и, возможно, обонятельные луковицы.

2. Как у животных, так и у человека пролиферативные процессы в нейрогенных зонах с возрастом становятся менее интенсивными, однако не исчезают совсем. Кроме того, в течение жизни изменяется иммуногистохимический профиль клеток субгранулярной зоны.

3. При инсульте у человека по периферии зоны некроза появляются нейральные стволовые клетки и клетки-предшественники, усиливается пролиферация и появляются молодые постмитотические нейроны. Однако на сегодняшний день вопрос о том, насколько полноценны их связи с другими нейронами и каково значение вновь образованных нейронов в восстановлении функции после инсульта, остается открытым.

4. В исследованиях на материале, полученном от человека, установлено, что при нейродегенеративных заболеваниях (Альцгеймера, Гентингтона и Паркинсона) происходит усиление нейрогенеза в ответ на потерю нейронов (в отличие от животных, у которых при моделировании нейродегенеративных заболеваний нейрогенез подавляется). При этом следует заметить, что, например, амилоидный β-пептид сам по себе подавляет пролиферацию и дифференцировку нейральных клеток-предшественников.

5. Как у животных, так и у человека нейрогенез при эпилепсии может быть как проявлением ответа нервной ткани на повреждение (т.е. попыткой репарации), так и одним из звеньев патологического процесса, который ответствен за образование эпилептогенных очагов.

6. Нейрогенез у человека при аддикциях (алкогольной, опиатной и др.), а также в условиях травматического повреждения требует дальнейшего изучения. При этом получены данные, что при моделировании алкогольной аддикции на грызунах происходит подавление нейрогенеза, а при исследовании головного мозга людей, страдавших хроническим алкоголизмом, статистически значимых различий в количестве пролиферирующих клеток по сравнению с контролем не обнаружено.

7. Влияние нейроинфекции на нейрогенез у человека не изучено.

8. На нейрогенез у человека могут влиять такие разнообразные факторы, как bFGF, GSK-3, интерлейкин-1β, ботулотоксин, а также химио- и лучевая терапия.

9. Факторы, способные активировать и подавлять нейрогенез, требуют дальнейшего подробного изучения, поскольку возможно их использование в терапевтических целях.

10. Данные о нейрогенезе под влиянием одних и тех же факторов (например, алкогольная аддикция, нейродегенеративные заболевания), полученные от человека и животных, могут существенно различаться.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сведения об авторах

Перминова Анастасия Аркадьевна — e-mail: kulikova9404@gmail.com; https://orcid.org/0000-0002-1946-0029

Цинзерлинг Всеволод Александрович — e-mail: zinserling@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0001-7361-1927

Список литературы:

  1. Cajal R. Les nouvelles idées sur la structure du système nerveux chez l’homme et chez les vertebras. Paris: C. Reinwald; 1894.
  2. Allen E. The cessation of mitosis in the central nervous system of the albino rat. Baltimore: Waverley Press; 1912.
  3. Lois C, Alvarez-Buylla A. Proliferating subventricular zone cells in the adult mammalian forebrain can differentiate into neurons and glia. Proc Natl Acad Sci USA. 1993;90(5):2074-20747. https://doi.org/10.1073/pnas.90.5.2074
  4. Gould E, Reeves AJ, Fallah M, Tanapat P, Gross CG, Fuchs E. Hippocampal neurogenesis in adult Old World primates. Proc Natl Acad Sci USA. 1999;96(9):5263-7526. https://doi.org/10.1073/pnas.96.9.5263
  5. Murrell W, Bushell GR, Livesey J, McGrath J, MacDonald KP, Bates PR, Mackay-Sim A. Neurogenesis in adult human. Neuroreport. 1996;7(6):1189-1194. https://doi.org/10.1097/00001756-199604260-00019
  6. Eriksson PS, Perfilieva E, Björk-Eriksson T, Alborn AM, Nordborg C, Peterson DA, Gage FH. Neurogenesis in the adult human hippocampus. Nat Med. 1998;4(11):1313-1317. https://doi.org/10.1038/3305
  7. Spalding KL, Bergmann O, Alkass K, Bernard S, Salehpour M, Huttner HB, Boström E, Westerlund I, Vial C, Buchholz BA, Possnert G, Mash DC, Druid H, Frisén J. Dynamics of hippocampal neurogenesis in adult humans. Cell. 2013;153(6):1219-1227. https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.05.002
  8. Ernst A, Alkass K, Bernard S, Salehpour M, Perl S, Tisdale J, Possnert G, Druid H, Frisén J. Neurogenesis in the striatum of the adult human brain. Cell. 2014;156(5):1072-1083. https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.01.044
  9. Reynolds BA, Weiss S. Generation of neurons and astrocytes from isolated cells of the adult mammalian central nervous system. Science. 1992; 255 (5052):1707-1710. https://doi.org/10.1126/science.1553558
  10. Altman J. Autoradiographic and histological studies of postnatal neurogenesis. IV. Cell proliferation and migration in the anterior forebrain, with special reference to persisting neurogenesis in the olfactory bulb. J Comp Neurol. 1969;137(4):433-457.
  11. Lötsch J, Schaeffeler E, Mittelbronn M, Winter S, Gudziol V, Schwarzacher SW, Hummel T, Doehring A, Schwab M, Ultsch A. Functional genomics suggest neurogenesis in the adult human olfactory bulb. Brain Struct Funct. 2014;219(6):1991-2000. https://doi.org/10.1007/s00429-013-0618-3
  12. Seki T, Arai Y. Age-related production of new granule cells in the adult dentate gyrus. Neuroreport. 1995;6(18):2479-2482. https://doi.org/10.1097/00001756-199512150-00010
  13. Kuhn HG, Dickinson-Anson H, Gage FH. Neurogenesis in the dentate gyrus of the adult rat: Age-related decrease of neuronal progenitor proliferation. J Neurosci. 1996;16(6):2027-2033.
  14. Roy NS, Wang S, Jiang L, Kang J, Benraiss A, Harrison-Restelli C, Fraser RA, Couldwell WT, Kawaguchi A, Okano H, Nedergaard M, Goldman SA. In vitro neurogenesis by progenitor cells isolated from the adult human hippocampus. Nat Med. 2000;6(3):271-277. https://doi.org/10.1038/73119
  15. Knoth R, Singec I, Ditter M, Pantazis G, Capetian P, Meyer RP, Horvat V, Volk B, Kempermann G. Murine features of neurogenesis in the human hippocampus across the lifespan from 0 to 100 years. PLoS One. 2010;5(1):e8809. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0008809
  16. Dennis CV, Suh LS, Rodriguez ML, Kril JJ, Sutherland GT. Human adult neurogenesis across the ages: An immunohistochemical study. Neuropathol Appl Neurobiol. 2016;42(7):621-638. https://doi.org/10.1111/nan.12337
  17. Sorrells SF, Paredes MF, Cebrian-Silla A, Sandoval K, Qi D, Kelley KW, James D, Mayer S, Chang J, Auguste KI, Chang EF, Gutierrez AJ, Kriegstein AR, Mathern GW, Oldham MC, Huang EJ, Garcia-Verdugo JM, Yang Z, Alvarez-Buylla A. Human hippocampal neurogenesis drops sharply in children to undetectable levels in adults. Nature. 2018;555(7696):377-381. https://doi.org/10.1038/nature25975
  18. Merson TD, Bourne JA. Endogenous neurogenesis following ischaemic brain injury: insights for therapeutic strategies. Int J Biochem Cell Biol. 2014;56:4-19. https://doi.org/10.1016/j.biocel.2014.08.003
  19. Thored P, Arvidsson A, Cacci E, Ahlenius H, Kallur T, Darsalia V, Ekdahl CT, Kokaia Z, Lindvall O. Persistent production of neurons from adult brain stem cells during recovery after stroke. Stem Cells. 2006;24(3):739-747. https://doi.org/10.1634/stemcells.2005-0281
  20. Chirumamilla S, Sun D, Bullock MR, Colello RJ. Traumatic brain injury induced cell proliferation in the adult mammalian central nervous system. J Neurotrauma. 2002;19(6):693-703. https://doi.org/10.1089/08977150260139084
  21. Jin K, Wang X, Xie L, Mao XO, Zhu W, Wang Y, Shen J, Mao Y, Banwait S, Greenberg DA. Evidence for stroke-induced neurogenesis in the human brain. Proc Natl Acad Sci USA. 2006;103(35):13198-13202. https://doi.org/10.1073/pnas.0603512103
  22. Minger SL, Ekonomou A, Carta EM, Chinoy A, Perry RH, Ballard CG. Endogenous neurogenesis in the human brain following cerebral infarction. Regen Med. 2007;2(1):69-74. https://doi.org/10.2217/17460751.2.1.69
  23. Shen J, Xie L, Mao X, Zhou Y, Zhan R, Greenberg DA, Jin K. Neurogenesis after primary intracerebral hemorrhage in adult human brain. J Cereb Blood Flow Metab. 2008;28(8):1460-1468. https://doi.org/10.1038/jcbfm.2008.37
  24. Donovan MH, Yazdani U, Norris RD, Games D, German DC, Eisch AJ. Decreased adult hippocampal neurogenesis in the PDAPP mouse model of Alzheimer’s disease. J Comp Neurol. 2006;495(1):70-83. https://doi.org/10.1002/cne.20840
  25. Höglinger GU, Rizk P, Muriel MP, Duyckaerts C, Oertel WH, Caille I, Hirsch EC. Dopamine depletion impairs precursor cell proliferation in Parkinson disease. Nat Neurosci. 2004;7(7):726-735. https://doi.org/10.1038/nn1265
  26. Gil JM, Mohapel P, Araújo IM, Popovic N, Li J-Y, Brundin P, Petersén A. Reduced hippocampal neurogenesis in R6/2 transgenic Huntington’s disease mice. Neurobiol Dis. 2005;20(3):744-751. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2005.05.006
  27. Haughey NJ, Liu D, Nath A, Borchard AC, Mattson MP. Disruption of neurogenesis in the subventricular zone of adult mice, and in human cortical neuronal precursor cells in culture, by amyloid beta-peptide: implications for the pathogenesis of Alzheimer’s disease. Neuromolecular Med. 2002;1(2):125-135. https://doi.org/10.1385/NMM:1:2:125
  28. Curtis MA, Penney EB, Pearson AG, van Roon-Mom WM, Butterworth NJ, Dragunow M, Connor B, Faull RL. Increased cell proliferation and neurogenesis in the adult human Huntington’s disease brain. Proc Natl Acad Sci USA. 2003;100(15):9023-9027. https://doi.org/10.1073/pnas.1532244100
  29. Pearson AG, Curtis MA, Waldvogel HJ, Faull RL, Dragunow M. Activating transcription factor 2 expression in the adult human brain: association with both neurodegeneration and neurogenesis. Neuroscience. 2005;133(2):437-451. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2005.02.029
  30. Johnson M, Ekonomou A, Hobbs C, Ballard CG, Perry RH, Perry EK. Neurogenic marker abnormalities in the hippocampus in dementia with Lewy bodies. Hippocampus. 2011;21(10):1126-1136. https://doi.org/10.1002/hipo.20826
  31. Jessberger S, Parent JM. Epilepsy and Adult Neurogenesis. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2015;7(12):a020677. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a020677
  32. Pincus DW, Harrison-Restelli C, Barry J, Goodman RR, Fraser RA, Nedergaard M, Goldman SA. In vitro neurogenesis by adult human epileptic temporal neocortex. Clin Neurosurg. 1997;44:17-25.
  33. González-Martínez JA, Bingaman WE, Toms SA, Najm IM. Neurogenesis in the postnatal human epileptic brain. J Neurosurg. 2007;107(3):628-635. https://doi.org/10.3171/JNS-07/09/0628
  34. Paradisi M, Fernández M, Del Vecchio G, Lizzo G, Marucci G, Giulioni M, Pozzati E, Antonelli T, Lanzoni G, Bagnara GP, Giardino L, Calzà L. Ex vivo study of dentate gyrus neurogenesis in human pharmacoresistant temporal lobe epilepsy. Neuropathol Appl Neurobiol. 2010;36(6):535-550. https://doi.org/10.1111/j.1365-2990.2010.01102.x
  35. Chambers RA. Adult hippocampal neurogenesis in the pathogenesis of addiction and dual diagnosis disorders. Drug Alcohol Depend. 2013;130(1-3):1-12. https://doi.org/10.1016/j.drugalcdep.2012.12.005
  36. Sutherland GT, Sheahan PJ, Matthews J, Dennis CV, Sheedy DS, McCrossin T, Curtis MA, Kril JJ. The effects of chronic alcoholism on cell proliferation in the human brain. Exp Neurol. 2013;247:9-18. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2013.03.020
  37. Bayer R, Franke H, Ficker C, Richter M, Lessig R, Büttner A, Weber M. Alterations of neuronal precursor cells in stages of human adult neurogenesis in heroin addicts. Drug Alcohol Depend. 2015;156:139-149. https://doi.org/10.1016/j.drugalcdep.2015.09.005
  38. Yu TS, Washington PM, Kernie SG. Injury-induced neurogenesis: mechanisms and relevance. Neuroscientist. 2016;22(1):61-71. https://doi.org/10.1177/1073858414563616
  39. Zheng W, ZhuGe Q, Zhong M, Chen G, Shao B, Wang H, Mao X, Xie L, Jin K. Neurogenesis in adult human brain after traumatic brain injury. J Neurotrauma. 2013;30(22):1872-1880. https://doi.org/10.1089/neu.2010.1579
  40. Ensoli F, Fiorelli V, Vannelli B, Barni T, De Cristofaro M, Ensoli B, Thiele CJ. Basic fibroblast growth factor supports human olfactory neurogenesis by autocrine/paracrine mechanisms. Neuroscience. 1998;86(3):881-893. https://doi.org/10.1016/S0306-4522(98)00104-3
  41. Nelson AD, Svendsen CN. Low concentrations of extracellular FGF-2 are sufficient but not essential for neurogenesis from humanneural progenitor cells. Mol Cell Neurosci. 2006;33(1):29-35. https://doi.org/10.1016/j.mcn.2006.06.003
  42. Monje ML, Vogel H, Masek M, Ligon KL, Fisher PG, Palmer TD. Impaired human hippocampal neurogenesis after treatment for central nervous system malignancies. Ann Neurol. 2007;62(5):515-520. https://doi.org/10.1002/ana.21214
  43. Lange C, Mix E, Frahm J, Glass A, Müller J, Schmitt O, Schmöle AC, Klemm K, Ortinau S, Hübner R, Frech J, Wree A, Rolfs A. Small molecule GSK-3 inhibitors increase neurogenesis of human neural progenitor cells. Neurosci Lett. 2011;488(1):36-40. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2010.10.076
  44. Anacker C, Zunszain PA, Cattaneo A, Carvalho LA, Garabedian MJ, Thuret S, Price J, Pariante CM. Antidepressants increase human hippocampal neurogenesis by activating the glucocorticoid receptor. Mol Psychiatry. 2011;16(7):738-750. https://doi.org/10.1038/mp.2011.26
  45. Zunszain PA, Anacker C, Cattaneo A, Choudhury S, Musaelyan K, Thuret S, Price J, Pariante CM. Interleukin-1β: a new regulator of the kynurenine pathway affecting human hippocampal neurogenesis. Neuropsychopharmacology. 2012;37(4):939-949. https://doi.org/10.1038/npp.2011.277
  46. Vainshenker Y, Zinserling V, Korotkov A, Medvedev S. Noncanonical adult human neurogenesis and axonal growth as possible structural basis of recovery from traumatic vegetative state. Clin Med Insights Case Rep. 2017;10:1179547617732040. https://doi.org/10.1177/1179547617732040