В настоящее время нарушения миелинизации признаны одним из определяющих факторов синдрома нарушений связей в мозге при шизофрении [1]. Особый интерес представляет миелин серого вещества коры (внутрикорковый миелин), который оказывает наиболее существенное влияние на функционирование межнейрональных связей, так как регулирует конечный участок распространения сигнала по аксону внутри коры [2]. По данным диффузионно-тензорной визуализации (ДТВ) снижение объема внутрикоркового миелина при шизофрении наиболее выражено в префронтальной коре и тесно связано с когнитивными нарушениями у пациентов [3, 4]. Показано также подавление экспрессии маркеров миелина [5] и генов олигодендроцитов (ОЛ) и миелина в префронтальной коре при шизофрении [6]. Ранее нами были получены данные о существенном снижении численной плотности олигодендроцитов (Nv Ол) в сером веществе нижней теменной и префронтальной коры мозга при шизофрении [7—10].

Особую роль в функционировании межнейронных связей играют предшественники ОЛ (ПО), присутствие популяции которых доказано в мозге как взрослых животных [11], так и человека [12]. ПО способны к пролиферации и дифференцировке в зрелые О.Л. Считают, что именно эти клетки на последней стадии дифференцировки образуют новые сегменты миелина, необходимые для модификаций миелиновых оболочек аксонов [13], лежащих в основе функционально-обусловленной пластичности межнейрональных связей. Так, поведенческие реакции, связанные, например, с пребыванием в обогащенной среде, стимулируют пролиферацию и дифференцировку ПО, а также образование новых сегментов миелина в зрелом мозге [14]. Нарушения миелинизации мозга при шизофрении также могут быть функционально обусловлены. Так, снижение фракционной анизотропии в трактах, связывающих префронтальную кору с другими областями мозга, коррелировало с когнитивными нарушениями [15], а также с тяжестью позитивных симптомов заболевания [16]. Показана также связь снижения числа ОЛ с прижизненными нарушениями когнитивных функций у пациентов: в гиппокампе изменения были достоверны только в подгруппе случаев шизофрении с подтвержденной когнитивной дисфункцией [17], в нижней теменной коре — в подгруппе с выраженным снижением «инсайта» [7, 8]. Таким образом, представляется важным исследование поведения ПО при шизофрении, тем более что данные генетического анализа дали множество доказательств нарушения дифференцировки ПО при шизофрении [18, 19].

Возможность прямой морфологической оценки популяции ПО основана на том, что результатом их деления в зрелом мозге являются кластеры или группы из 2—9 клеток, не отличающихся по структуре от ОЛ и представляющие собой ПО на различных стадиях дифференцировки [13, 20]. Ранее нами было обнаружено достоверное снижение Nv кластеров олигодендроцитов (Nv ОлК) в слое 3 полей 39 и 40 теменной коры при шизофрении [7, 8]. Однако взаимоотношения между Nv Ол и Nv ОлК оказались достаточно сложными и зависели, предположительно, от специфики связей конкретной области, а также от особенностей их изменений при шизофрении. Так, снижение Nv ОлК при шизофрении сопровождалось снижением Nv ОЛ только в поле 39, но не в поле 40. В полях 39 и 40 теменной коры здоровых людей обнаружены выраженные положительные корреляции между Nv ОЛ и Nv ОлК, которые полностью отсутствовали только в поле 40 при шизофрении [7, 8].

Супра- и инфрагранулярные слои префронтальной коры существенно различаются по основным связям, изменения которых характерны для шизофрении [21, 22], динамике миелинизации в постнатальном онтогенезе [3], а также по выраженности изменений нейронов и их дендритного дерева — основного рецептивного поля нейрона — при шизофрении [23].

Цель настоящего исследования — выяснить: а) изменяется ли Nv ОлК в супра- и инфрагранулярных слоях поля 10 префронтальной коры при шизофрении по сравнению с контролем; б) исследовать взаимосвязи между Nv ОЛ и Nv ОлК в указанных слоях в норме и при шизофрении.

Исследованные в настоящей работе образцы мозга ростральной префронтальной коры (поле 10) были взяты из коллекции Лаборатории клинической нейроморфологии Научного центра психического здоровья. Они были получены в патологоанатомических отделениях Московских психиатрических больниц № 1 и № 15 и судебно-медицинского морга № 2. Исследование проведено после получения согласия со стороны этического комитета указанного центра.

Образцы поля 10 были иссечены из левого полушария мозга в 17 случаях шизофрении (9 женщин и 8 мужчин) и 20 случаях без психической патологии (9 женщин и 11 мужчин — контроль). Средний возраст на момент смерти составлял 55,8±17,4 года для контрольной группы и 57,9±17,7 года для больных шизофренией; средний постмортальный интервал (ПМИ) — 5,5±1,0 и 8,1±6,2 ч, среднее время хранения образцов в формалине — 1,4±0,4 и 1,2±0,3 мес.

Диагностику шизофрении при жизни больных проводили по МКБ-10. В 11 случаях диагностирована параноидная шизофрения, в том числе 9 случаев с непрерывным типом течения (F20.00) и 2 — c эпизодическим течением с прогредиентным развитием дефекта (F20.01). Кроме того, группа включала 2 случая кататонической шизофрении (F20.21) и 4 случая недифференцированной шизофрении — F20.30 и F20.31. Данные о возрасте начала заболевания, длительности заболевания и нейролептической терапии были получены из историй болезни. Продолжительность болезни составляла 29,4±10,6 года и варьировала от 5 до 49 лет, средний возраст к началу заболевания — 28,6±13 лет (от 4 лет до 51 года). Интенсивность нейролептической терапии выражалась в хлопромазиновом эквиваленте среднесуточных доз антипсихотических препаратов, полученных пациентами в течение последнего месяца жизни [24, 25].

Морфометрическое исследование. Поле 10 идентифицировали по известным макроскопическим ориентирам [26]. Для гистологического исследования блоки ткани фиксировали погружением в 4% формалин и заключали в парафин. С каждого блока получали серии 20 µm срезов, затем из каждых 20 срезов случайным систематическим отбором выбирали 1 срез. Для морфометрического исследования использовали 10 срезов, окрашенных по Нисслю (крезиловый фиолетовый) и лаксолевым синим, для каждого случая. Случаи были закодированы, морфометрическое исследование проводили вслепую.

Срезы изучали в световом микроскопе Carl Zeiss Axio Imager M1 (Австрия) с интегрированной компьютерной системой AxioVision. Исследовали подслои 3а, 3 В и 3с супрагранулярного слоя 3, в инфрагранулярном слое 5 для изучения был выбран поверхностный подслой 5а. Указанные слои и подслои префронтальной коры можно было легко идентифицировать во всех изученных образцах мозга по цитоархитектоническим критериям. Идентификация подслоя 5 В была затруднена в части случаев из-за плоскости прохождения среза. Для определения Nv ОлК использовали стереологический метод оптического диссектора [27]. ОЛ идентифицировали как клетки с маленькими (5—7 мкм в диаметре) округлыми или овальными ядрами, заполненными компактным хроматином, с узким ободком светлой цитоплазмы. ОЛК идентифицировали как группы из 2—9 тесно прилежащих друг к другу клеток. Идентификация О.Л. и ОЛК, а также метод оптического диссектора подробно описаны ранее [7—9]. Метод основан на получении серии тонких параллельных оптических срезов внутри толстого среза путем перемещения плоскости фокуса изображения вдоль оси Z c одинаковым шагом, что позволяет получить объективное число ОЛ в объеме диссектора, равном произведению площади тестовой сетки на глубину диссектора. Выбор оптимальных параметров диссектора был подробно описан ранее [7—9].

На каждом из 10 срезов на случай подсчитывали число ОлК в 10 диссекторах для каждого подслоя. Таким образом, для каждого случая было подсчитано по 100 диссекторов для каждого подслоя слоев 3 и 5. Nv ОлК вычисляли как отношение числа кластеров в диссекторе к объему диссектора и представляли как число кластеров в 0,001 мм³.

Статистический анализ. Для статистического анализа полученных данных использовали пакет Statistica (Version 7 for Windows, «Stat Soft Inc. Tulsa», США). Нормальность распределения и гомогенность дисперсий для исследуемых параметров, а также для демографических и патологоанатомических характеристик материала тестировали с использованием критерия Колмогорова—Смирнова и Levene-теста.

Группы сравнения не различались достоверно по возрасту, ПМИ и времени хранения образцов в формалине (ANOVA, p≥0,35), корреляционный анализ также не выявил влияния перечисленных параметров на Nv ОлК. Однако известно, что миелинизация серого вещества коры происходит в постнатальном онтогенезе, при этом возрастание объема миелина с плато в четвертой декаде жизни сменяется быстрым снижением в пятой декаде [3, 4]. Соответственно, обе группы сравнения были разделены по возрасту на две подгруппы (меньше и больше 50 лет). Для исследования взаимоотношений Nv Ол и Nv ОлК использовали данные по Nv Ол, полученные ранее на тех же срезах [9, 10]. Был введен параметр «соотношение Nv ОлК/Nv Ол», который представлял собой частное от деления Nv ОлК на Nv Ол. Для сравнения Nv ОлК и соотношения Nv ОлК/Nv Ол в норме и при шизофрении использовали двухфакторный дисперсионный анализ (MANCOVA) с диагнозом (контрольная группа и группа шизофрении) и возрастом (больше и меньше 50 лет) в качестве независимых переменных, а также с ПМИ и временем хранения образцов в формалине в качестве ковариат.

Корреляционный анализ использовали для выявления связей между Nv Ол и Nv ОлК во всех исследованных подслоях, а также между Nv ОлК и продолжительностью заболевания, возрастом к началу заболевания и интенсивностью нейролептической терапии.

Nv ОлК. Выявлено достоверное влияние диагноза на Nv ОлК [F (1,36)=13,38; p=0,00003] в исследованных подслоях поля 10. Влияния возраста или взаимодействия диагноза и возраста, а также ковариат на Nv ОлК не обнаружено ни в одном из изученных подслоев поля 10 [F (2,27)≤0,77; p≥0,11]. При шизофрении Nv ОлК достоверно снижалась (Duncan’s test) в подслоях 3а (40%, р<0,001), 3 В (26%, р<0,01) и 3c (28%, р=0,023) слоя 3, а также в подслое 5а (50%, р=0,0001) поля 10 по сравнению с контрольной группой (рис. 1).

Корреляционный анализ. В контрольной группе Nv ОлК достоверно положительно коррелировала с Nv Ол в подслоях 3 В, 3с и 5а (R≥0,59; p≤0,006). Корреляция в слое 3а не достигала статистической значимости, учитывая множественность сравнений (R=0,5; p=0,021). В группе шизофрении достоверная корреляция (R≥0,8; p≤0,00001) между Nv Ол и ОлК обнаружена только в подслое 5а (рис. 2).

Величина соотношения между Nv ОлК и Nv Ол. Достоверное снижение соотношения Nv ОлК/Nv Ол при шизофрении по сравнению с контрольными случаями выявлено в подслоях 3а (р=0,015, Duncan’s test) и 5а (р=0,0005, Duncan’s test), но не в подслоях 3 В и 3 с [F (1,36)≤0,16; p≥0,12] (рис. 3).

Проведенный анализ позволил выявить достоверное снижение (26—50%) Nv ОлК в подслоях 3а, 3 В, 3с и 5а поля 10 префронтальной коры в мозге больных шизофренией по сравнению с контрольной группой. Ранее на этом же материале было показано достоверное снижение Nv Ол в соответствующих подслоях поля 10 (Востриков, 2018; Kolomeets, 2018).

Имеются многочисленные экспериментальные доказательства того, что в мозге взрослых животных [11, 13] и человека [20] в результате митотического деления NG2⁺-позитивных ПО образуются группы из 2—9 клеток, морфологически не отличимых от ОЛ и содержащих клетки на разных стадиях дифференцировки. Это позволяет утверждать, что ОлК, описанные нами, в поле 10 префронтальной коры в мозге человека являются следствием митотического деления ПО. В пользу такого предположения свидетельствует тот факт, что снижение Nv ОлК в подслоях 3а, 3 В, 3с и 5а поля 10 при шизофрении, выявленное в настоящем исследовании, сопровождалось достоверным снижением Nv Ол в этих подслоях коры в тех же случаях [9, 10]. Кроме того, обнаружены достоверные положительные корреляции между Nv Ол и Nv ОлК в поле ВА 10 в мозге здоровых людей. Ранее аналогичные корреляции были выявлены нами в слое 3 нижней теменной коры мозга здоровых людей [7, 8]. A. Peters и соавт. [28] также показали, что в коре головного мозга приматов число ОЛ достоверно коррелирует c пропорцией ОлК.

В пользу связи выявленных изменений с болезнью свидетельствует отсутствие корреляционных связей между Nv ОлК и возрастом, ПМИ, временем хранения образцов в формалине в группах сравнения, а также интенсивностью нейролептической терапии при шизофрении. ПМИ и время хранения в формалине были включены как ковариаты в MANCOVA-тест, выявивший тем не менее значимые различия по Nv ОлК между группами сравнения. Не было обнаружено также влияния возраста или взаимодействия возраста с диагнозом на Nv ОлК. Что касается возможного влияния нейролептической терапии, по данным экспериментальных исследований, нейролептики (оланзапин, кветиапин) могут стимулировать пролиферацию и/или дифференцировку ПО [29, 30]. Результаты прижизненных исследований свидетельствуют, что атипичные нейролептики могут приводить к увеличению объема внутрикоркового миелина у больных шизофренией [4].

Таким образом, обнаруженное в настоящем исследовании снижение Nv ОлК в поле 10 при шизофрении может свидетельствовать о подавлении пролиферации и/или дифференцировки ПО в этой области мозга пациентов и являться причиной нарушений миелинизации коры при шизофрении. В пользу такого предположения свидетельствуют также выраженные нарушения экспрессии белков нескольких сигнальных каскадов, регулирующих дифференцировку ПО, а также белков клеточного цикла [18, 19].

Другим важным результатом настоящего исследования являются данные о нарушениях взаимоотношений между Nv Ол и комплексов ОЛ при шизофрении, которые при этом существенно различались между супра- (слой 3) и инфрагранулярными (слой 5) подслоями поля 10. Так, в мозге здоровых людей наблюдались достоверные положительные корреляции между этими параметрами как в слое 5, так и в подслоях 3 В и 3с слоя 3, тогда как при шизофрении значимая корреляция между этими параметрами сохранялась только в подслое 5а. Соотношение между NV ОлК и NV Ол также зависело от конкретного подслоя: только в подслоях 3а и 5а обнаружено достоверное снижение величины соотношения при шизофрении. Следует отметить, что, по ранее полученным данным, наиболее низкие величины Nv Ол характерны для подслоев 3а и 5а, при этом в подслое 5а Nv ОлК и величина соотношения между Nv ОлК и Nv Ол были значительно выше, чем в исследованных подслоях слоя 3.

Поскольку речь идет о клетках, осуществляющих функционально зависимые модификации миелиновых оболочек аксонов, можно предположить, что особенности соотношения между Nv Ол и Nv ОлК могут определяться спецификой связей конкретных подслоев коры, а также особенностями нарушений их функционирования при шизофрении. Экспериментальные данные свидетельствуют, что как пролиферация и дифференцировка ПО, так и процесс образования миелина зависят не от активности соответствующих нейронов как таковой, а от ее конкретных характеристик, что становится возможным благодаря наличию глутаматергических синапсов на предшественниках ОЛ [31].

Одной из важнейших функций поля 10 является процессинг информации в коре, который осуществляется за счет взаимодействий ее различных областей [32]. Эти взаимодействия осуществляются посредством двух основных путей. Оба пути являются глутаматергическими, но различаются, по мнению ряда авторов, по типу функциональной активности нейронов, а также по их роли в обработке информации в коре [33]. Прямые ассоциативные корково-корковые связи образуются преимущественно отростками нейронов подслоев 3 В и 3с. Эти нейроны практически не дают коллатералей к низшим моторным и сенсорным центрам, они оперируют в основном с корковой информацией, осуществляя процессинг информации первого порядка [32]. Нарушения функционирования этих связей соотносят с дефицитом рабочей памяти при шизофрении [22]. Аксоны пирамидных клеток подслоя 5а иннервируют ядра таламуса высшего порядка (переднее и латеральное вентральные ядра) и являются частью трансталамического пути корково-корковых взаимодействий [21, 33]. Ядра таламуса в свою очередь дают проекции к верхним слоям (слои 1—3а) префронтальной коры [21]. Проекции простираются на большие расстояния параллельно пиальной поверхности коры, где они контактируют также с апикальными дендритами пирамидных нейронов слоя 5. За счет коллатералей аксонов нейронов слоя 5 посредством трансталамического пути префронтальная кора получает также «инструкции» от сенсорных и моторных центров подкорки, и эта информация лежит в основе процессинга информации высшего порядка [21, 33]. Осцилляция, которую генерируют пирамидные нейроны слоя 5, связана с сознанием, вниманием и исполнительным контролем, нарушения которых характерны для шизофрении [34]. Таким образом, нейроны подслоев 3 В и 3с префронтальной коры, по-видимому, обеспечивают преимущественно локальные и ассоциативные связи коры, тогда как подслои 3а и 5а являются важной частью трансталамического пути корково-корковых взаимодействий.

Предложенное объяснение различий в поведении ОлК в различных подслоях поля 10 в норме и при шизофрении носит гипотетический характер. Однако, хотя мы не можем учесть всего разнообразия связей поля 10, наше предположение основано на топографии аксонов глутаматергических пирамидных нейронов коры, которые, как известно, являются миелинизированными. Именно глутаматергические связи лежат в основе процессинга информации в коре, по мнению большинства авторов [33]. Миелинизированными являются также таламокортикальные аксоны [35] и отростки большой части ингибиторных ГАМКергических нейронов коры [36].

Некоторое противоречие заключается в том, что нарушения миелинизации, по данным ДТВ, присутствуют при шизофрении как в каллозальных трактах (колено и передняя часть мозолистого тела), ответственных за ассоциативные связи поля 10 и содержащих аксоны пирамидных нейронов преимущественно подслоев 3 В и 3с [15], так и в передней лучистости таламуса, где проходят волокна, соединяющие ядра таламуса и префронтальную кору [34, 37]. Возможно, причина заключается в том, что изменения параметров ДТВ отражают как нарушения миелинизации аксонов, так и нарушения их собственной структуры или когерентности пучков. Оценка относительного вклада этих процессов с использованием комбинации таких методов, как перенос намагниченности и диффузионно-тензорная спектроскопия, показала, что нарушения миелинизации мозга при шизофрении включают оба механизма [38]. По мнению D. Mamah и соавт. [37], снижение анизотропии передней лучистости таламуса может быть связано со снижением числа нейронов (и, соответственно, их аксонов), выявленным в соответствующих ядрах таламуса [39]. Электронно-микроскопические исследования префронтальной коры в мозге больных шизофренией также свидетельствуют, что выраженные изменения ультраструктуры характерны как для аксонов, так и для их миелиновых оболочек и ОЛ [40].

Таким образом, по нашим данным, Nv ОлК достоверно снижена при шизофрении во всех исследованных подслоях префронтальной коры, однако взаимоотношения Nv ОлК и Nv Ол существенно различались в зависимости от конкретного подслоя. Если учесть, что функционально зависимые модификации миелиновых оболочек осуществляют ПО на последней стадии дифференцировки, а зрелые ОЛ осуществляют поддержку уже существующих сегментов миелиновых оболочек, соотношение между Nv ОлК и Nv Ол должно отражать соотношение между существующим уровнем миелинизации аксонов в конкретном подслое коры и возможностями функционально зависимых модификаций миелиновых оболочек. Это предположение косвенно подтверждается данными прижизненных исследований с использованием МРТ высокого разрешения для комбинированной оценки внутрикоркового миелина и функциональных связей в состоянии покоя [41]. В соответствии с этими данными существует тесная корреляционная связь между этими параметрами в унимодальных областях коры, тогда как в ассоциативных трансмодальных областях корреляции были гораздо менее выражены. Авторы связывают эти особенности трансмодальных областей коры с более плотными и разнообразными связями, вариабельностью цитоархитектоники и макроструктуры, меньшим содержанием миелина, а также особым профилем экспрессии генов [42], что требует более гибких механизмов управления связями.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Коломеец Н.С. — https://orcid.org/0000-0003-3710-8456; e-mail: nkolomee@mail.ru

Уранова Н.А. — https://orcid.org/0000-0001-9543-7421; e-mail: uranovan@mail.ru

Как цитировать:

Коломеец Н.С., Востриков В.М., Уранова Н.А. Нарушения кластеризации олигодендроцитов в супра- и инфрагранулярных слоях поля 10 префронтальной коры при шизофрении. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2019;119(12):62-68. https://doi.org/10.17116/jnevro201911912162

Автор, ответственный за переписку: Коломеец Наталья Степановна — e-mail: nkolomee@mail.ru