2.2. Факторы, влияющие на нейрогенез

На процессы роста нейронов влияют многочисленные факторы, в том числе химические агенты – нейрональные индукторы. В раннем эмбриогенезе у позвоночных факторы индукции образуются при взаимодействии нейроэктодермы и хордомезодермы. Так, в самом начале онтогенеза нейрона клетками хордомезодермы секретируется низкомолекулярный протеин, направляющий развитие недетерминированной мультипотентной нейральной клетки-предшественницы в нейробласт. Есть данные о том, что одновременно (или чуть позже) секретируется белок, обеспечивающий различие между нейронами. Сама нервная пластина обособляется в конце второй недели эмбриогенеза. Её клетки делятся, превращаясь в узкие цилиндрические, резко отличающиеся от соседних эктодермальных эпителиоцитов. Именно они являются мультипотентными предшественниками нейро- и глиогенеза. На следующем этапе клетки, специализирующиеся как нейробласты, превращаются из аполярных в веретеновидные. Такой нейробласт устанавливает ранние контакты с соседними клетками, у него возникает конус роста, от которого идет формирование аксона, так что нейробласт превращается в растущую монополярную клетку. Основные процессы этого этапа развития нейронных систем связаны с интенсивным ростом аксонных, а потом и дендритных ветвлений с усложнением межнейронных связей. Именно в этот период на нейроны действуют множество индуцирующих факторов – как внешних, так и внутренних.

Исследования конца XX в. показали, что сохранение и дифференцировка нейронов, рост и ремоделирование аксонов и дендритов, состояние цитоскелета, экзоцитоз, формирование и пластичность синапсов регулируются факторами роста нервной ткани. Большинство полипептидных факторов роста действует одновременно по паракринному (стимулирующему соседние клетки) и аутокринному (когда, фактор роста, секретируемый клеткой, индуцирует синтез своего рецептора в той же самой клетке) механизмам. Отдельные факторы, такие как инсулиноподобные факторы роста, способны оказывать эндокринное действие (дистантное, осуществляемое через жидкие среды организма на многие клеточные мишени). Помимо этого, существует еще один способ действия факторов роста, который получил название интракринного. Факторы роста при этом не секретируются и не нуждаются в поверхностных рецепторах, опосредующих их активность. Они остаются внутри клетки и действуют в качестве посредников, регулируя ее функции. Ряд цитоплазматических факторов роста и цитокинов, действующих подобным образом, достаточно хорошо изучен. Это предшественники интерлейкинов, цилиарный нейротрофический фактор, и др. Эти факторы вызывают заметный биологический эффект до появления их на поверхности клетки-продуцента или в окружающем ее пространстве. В регуляторных белках, обладающих интракринным действием, имеются сигнальные последовательности, обеспечивающие внутриклеточную локализацию. До сих пор очень мало известно о внутриклеточной компартментализации факторов роста и их значении в рассматриваемых процессах. Полагают, что различные внутриклеточные пулы факторов роста могут использовать пара-, ауто- и интракринные механизмы для достижения специфического клеточного ответа.

В частности доказано, что ведущая роль в процессах дифференцировки аполярного нейробласта в монополярный принадлежит цитокинам. Цитокины – группа гормоноподобных пептидов – во взрослом организме синтезируются и секретируются клетками иммунной системы и другими типами клеток. Разнообразные биологические функции цитокинов подразделяются на три группы: они управляют развитием и гомеостазом иммунной системы, осуществляют контроль за ростом и дифференцировкой клеток крови (системой гемопоэза) и принимают участие в неспецифических защитных реакциях организма, оказывая влияние на воспалительные процессы, свертывание крови, кровяное давление. Вообще цитокины принимают участие в регуляции роста, дифференцировки и продолжительности жизни клеток, а также в управлении апоптозом. На сегодняшний день известен обширный перечень цитокинов, регулирующих развитие и функционирование центральной нервной системы. Наиболее известным является фактор роста нервов – NGF (nerve growth factor) – пептид, ускоряющий рост определенных типов нейронов. Изучение фактора роста нервов позволило значительно глубже понять мембранный и рецепторный компоненты клеточного метаболизма. Благодаря особенностям строения нейронов, рецепторопосредованный захват, ретроградный транспорт и разрушение фактора роста нервов в лизосомах нервных клеток были описаны за десять лет до начала детального изучения ретроградного транспорта и эндоцитоза в других системах организма. Исключительная важность первых экспериментов по изучению фактора роста нервов была оценена в 1986 г. присуждением Рите Леви-Монтальчини и Стэнли Коэну Нобелевской премии "в знак признания открытий, имеющих важнейшее значение для раскрытия механизмов регуляции роста клеток и органов".

Нервная пластинка и нервная трубка содержат ограниченное число клеток, во много крат уступающее числу дифференцированных нейронов взрослого мозга. Это связано с тем, что клетки нервной трубки интенсивно пролиферируют. Генетически запрограммированные процессы детерминации вносят коррективы в особенности самого пролиферативного периода, определяющегося числом митотических делений клеток предшественниц. Длительность клеточных циклов также начинает разниться – от нескольких часов до нескольких суток. Все это происходит на фоне миграции нейронов к определенным областям промежуточного или окончательного назначения. Начиная со стадии терминальной дифференцировки, пролиферация нейронов в мозгу млекопитающих становится невозможной.

Движение нейронов направляется векторными отростками радиальной глии, которые соединяют внутреннюю и наружную мембраны нервной трубки. Термин «радиальная глия» был впервые использован Рамоном и Кахалем и повторно введен в 1981 году Радиксом. Тела этих клеток расположены в эпендимной зоне. Нейробласты при помощи амебоидных движений мигрируют по указанным отросткам. Таким образом, клетки радиальной глии в ходе эмбрионального развития являются, безусловно, фактором морфогенеза. В конце эмбриогенеза и раннем постэмбриональном онтогенезе наблюдается трансформация большей части радиальной глии в астроциты. Согласно классическим представлениям это происходит в момент, когда клетки радиальной глии теряют связь с внутренней и наружной мембранами нервной трубки.

Достигнув района окончательной локализации, нейроны агрегируют друг с другом и формируют ядра серого вещества, иннервирующие определенные двигательные или органные структуры. Избирательная адгезия с последующей пространственной ориентацией, определяющие конечную форму нейрона – это общие свойства нервных элементов, они обеспечиваются специализированными рецепторными молекулами клеточной мембраны. Одними из наиболее известных мембранных белков являются интегрины – поверхностные клеточные рецепторы, взаимодействующие с внеклеточным матриксом и передающие различные межклеточные сигналы. От них зависит форма клетки, её подвижность, они участвуют в регулировке клеточного цикла. Лигандами для интегринов чаще всего являются различные белки внеклеточного матрикса: коллагены, ламинин, фибронектины и др. В нейрогенезе наиболее заметную роль играют интегрины с кальций-зависимой адгезией, а также трансмембранные гликопротеины – кадгерины, обеспечивающие реакции слипания нейроцитов (рис. 3). Кадгерины являются тканеспецифичными молекулами. Для нервной системы особенно характерны кадгерины N-CAM (neuron cell adhesion molecule), молекулы адгезии L1 и нейрофасцин.

Рис. 3. Роль молекул адгезии в межклеточной коммуникации. Взаимодействие трансмембранных молекул адгезии (кадгерины) обеспечивает узнавание клеточных партнёров и их прикрепление друг к другу (адгезию), что позволяет клеткам-партнёрам сформировать щелевые контакты, а также передавать сигналы от клетки к клетке не только при помощи диффундирующих молекул, но и путём взаимодействия встроенных в мембрану лигандов со своими рецепторами в мембране клетки-партнёра.

В итоге, миграция и взаимная топографическая перестройка нервных элементов приводят к формированию новых отделов эмбрионального мозга, превращая эмбриональную нервную трубку в анатомически сложно организованную структуру.

Как показали исследования XVIII-XX веков, постнатальный нейрогенез возможен у некоторых эволюционных групп. В частности доказана возможность как репаративной, так и физиологической регенерации нервной ткани у рыб, амфибий и рептилий. Однако высшие позвоночные – птицы и млекопитающие – утратили способность к репаративной регенерации. Физиологическая регенерация у этих таксонов остается вопросом дискуссионным. Тем не менее, в мозгу взрослых млекопитающих нейрогенез все же имеет место, но в строго ограниченных зонах. Эти зоны являются рудиментами нейрогенных зон эмбрионального мозга. Предположительно в этих участках сохраняются клетки радиальной глии, которые, как выяснилось, могут быть не только предшественниками астроцитов, но и предшественниками нейронов, как в эмбриогенезе, так и в постнатальном онтогенезе позвоночных. Самая обширная из этих зон нейрогенеза – субвентрикулярная зона в стенках боковых желудочков (большие полушария). Здесь стволовые клетки генерируют нейробласты, которые мигрируют в обонятельную луковицу, где и превращаются в зрелые нейроны. Небольшая зона нейрогенеза расположена в субгранулярной зоне зубчатой фасции (связки) гиппокампа. Оттуда новые нейроны мигрируют на небольшое расстояние в пределах гиппокампа.

По мнению А.Г. Бойко (2007), дифференцировка клеток радиальной глии в астроциты является вероятным механизмом старения млекопитающих. Исчезновение радиальной глии в онтогенезе является причиной постмитотичности мозга млекопитающих, ведет к накоплению необратимых явлений в нейронах – клеток с ограниченными возможностями и сроком службы, и исключает замену структур, исчерпавших свой жизненный ресурс. По истечении определенного периода изменения в нейронах, особенно гормонсинтезирующих, начинают неблагоприятно сказываться на состоянии эндокринной системы и на общем гомеостазе организма. Данная гипотеза (как и другие, например теломеразная) не противоречит проявлению общего эволюционного принципа – замены внешних факторов смерти нестареющих многоклеточных организмов на внутренние.