6 курс / Эндокринология / Механизмы_нейроэндокринной_регуляции_Угрюмов_М_В_1999

щих выживаемость трансплантированных нейронов и стимулирующих их дифференцировку; в) содержание в ликворе широкого спектра нейрогормонов, гормонов, нейротрансмиттеров и нейромодуляторов, которые способны обеспечить физиологическую регуляцию трансплантированных нейронов даже в отсутствие нервных связей [Rodriguez, 1976; Wood, 1982]. Тем не менее, существуют и недостатки или скорее ограничения использования внутрижелудочковой трансплантащ1и. Во-первых, эпендима тормозит интеграцию трансплантата с мозгом хозяина, во-вторых, трансплантировать можно только кусочки ткани, а не суспензию и культуру клеток, так как диссоцированные клетки смываются током ликвора [Gash et al.,

1983]. Эту проблему отчасти можно преодолеть, используя ройлерную культуру [Notter et al., 1984].

При любом варианте пересадки нервной ткани в эксперименте возникает необходимость посмертной идентификации трансплантата, что особенно затруднительно при трансплантации суспензии. С этой целью используются несколько подходов: а) трансплантация в желудочки мозга, при которой эпендима играет роль демаркационной линии между трансплантатом и мозгом хозяина; б) введение в организм донора радиоактивных предшественников нуклеиновых кислот ([ЗН]-тимидин), белков ([-"^Н]- аминокислоты) и других маркеров (пероксидаза хрена и др.), которые включаются в эмбриональную нервную ткань, предназначенную для пересадки, и могли бы быть выявлены после трансплантации авторадиографически, гистохимически и другими методами; в) использование доноров, отличающихся по набору антигенов от реципиента. В последнем случае обычно используют мутантного реципиента, у которого отсутствует ка- кой-либо специфический синтез, присупщй донору, или наоборот - экспрессируется дополнительный маркер. Примерами таких мутантных животных могут служить крысы Браттлеборо, у которых отсутствует синтез ВП, гипогонадные мыши, лишенные синтеза ГРГ, и др.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРАНСПЛАНТАЦИИ ГИПОТАЛАМУСА

Классическими морфологическими методами показано, что эмбриональный гипоталамус, пересаженный в паренхиму мозга или в желудочки мозга взрослого реципиента, со временем становится похожим по микроархитектонике на гипоталамус интактного взрослого животного [Gash et al., 1983; Угрюмов и др., 1994]. Это проявляется в наличии дифференцированных нейросекреторных нейронов с характерными секреторными гранулами [ScoU, Sherman. 1984], а также специфических нервных и сосудистых связей с мозгом хозяина [Zimmerman, 1986]. Наиболее распространенной моделью является пересадка эмбрионального гипоталамуса в инфундибулярную бухту 3-го желудочка - в максимальной близости от срединного возвышения и гипофизарной портальной системы циркуляции реципиента (рис. 94).

Нервные связи. При трансплантации в инфундибулярную бухту 3-го желудочка большая часть аксонов нейронов донора прорастает через эпендимный слой в срединное возвышение хозяина, оканчиваясь на капил-

2 1 9

15 мм

Рис. 94. Схематическое изображение развития эмбрионального медиобазального гипоталамуса в инфундибулярной бухте 3-го желудочка взрослого животного [Угрюмов и др., 1994]

аг - аденогипофиз реципиента; арк - аркуатное ядро реципиента; гт - гипоталамус реципиента; зи - зона инсерта реципиента; к - капилляры гипоталамо-гипофизарнон портальной системы циркуляции реципиента; н - нейрон; ох - оптическая хиазма реципиента; св - срединное возвышение реципиента; т - трансплантат; э - эпендима; ж - 3-й желудочек . / - ядерноподобные скопления нейронов; 2 - кровеносный сосуд; 3 - астроцит; 4.5- интефация трансплантата с мозгом хозяина на уровне оптической хиазмы и боковой стенки желудочка; 6 - нейрон, мифировавший из трансплантата в мозг хозяина; 7 - прорастание аксонов нейронов трансплантата в срединное возвышение хозяина; - прорастание аксона нейрона трансплантата в аркуатное ядро хозяина и локализация нейрона в эпендиме желудочка

лярах первичного портального сплетения [Silverman et al., 1989]. Предполагается, что в области такого рода аксовазальных контактов происходит выделение нейрогормонов из нейронов донора в гипофизарную портальную систему циркуляции реципиента [Silverman et al., 1986b]. Лишь незначительная часть аксонов прорастает из трансплантата в другие отделы гипоталамуса. Приведенные данные свидетельствуют о направленном росте аксонов трансплантата в срединное возвышение хозяина, что можно объяснить либо региональными особенностями его архитектоники, либо регуляторным влиянием сигнальных молекул, присутствующих в срединном возвышении хозяина [Scott, Sherman, 1984; Arendash, Leung, 1986].

Наряду с эфферентными устанавливаются и афферентные связи трансплантата с мозгом хозяина. В этом случае аксоны нейронов хозяина прорастают в трансплантат и образуют аксосоматические и аксодендритические синаптические контакты с нейронами донора. Предполагается, что в области таких контактов осуществляется регуляция нейронов донора со

220

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

стороны мозга хозяина [Scott, Sherman, 1984]. Сравнительный анализ развития различных отделов эмбрионального мозга (кора, амигдала и др.) в инфундибулярной бухте взрослого реципиента показал, что высокая степень интеграции со срединным возвышением хозяина характерна тоЛько для эмбрионального гипоталамуса [Scott, Sherman, 1984; Arendash, Leung, 1986]. Этому, в частности, способствует практически полное отсутствие активации пролиферации глии или других реакций со стороны хозяина, которые могли бы затруднить его интеграцию с нервной тканью донора [Gash et al., 1980, 1983; Zimmerman, 1986].

Одной из особенностей формирования трансплантата в инфундибулярной бухте 3-го желудочка является то, что его дорсальная - свободная, поверхность омываемая ликвором, покрыта многочисленными нейронами, образующими друг с другом синаптические контакты. По предположению авторов, эти нейроны мигрируют из перивентрикулярной зоны гипоталамуса хозяина, преодолевая эпендимный барьер, и служат для рецепции химического состава ликвора [Scott, 1985].

Сосудистные связи. Сосудистые связи между эмбриональным гипоталамусом, пересаженным в инфундибулярную бухту взрослого реципиента (крысы), и его срединным возвышением впервые наблюдаются на 9-й день после операции [Scott, Kelsick, 1985]. В это время в вентральной области трансплантата, граничащей с срединным возвышением хозяина, образуется сосудистое сплетение, включающее и фенестрированные капилляры. Это сплетение непрерывно переходит в сосуды первичного сплетения гипофизарной портальной системы циркуляции хозяина, создавая таким образом необходимые условия для транспорта аденогипофизотропных нейрогормонов нейронов донора в аденогипофиз хозяина. Наряду с этой специфической физиологической функцией формирование совместной микроциркуляции обеспечивает и нормальную трофику пересаженной нервной ткани [Scott, Kelsick, 1985]. Как упоминалось выше, единственным источником трофических факторов, поддерживающих жизнеспособность трансплантата в первые дни после операции, является ликвор.

Васкуляризация латеральных отделов трансплантата в инфундибулярной бухте обеспечивается нефенестрированными сосудами, прорастающими из пограничных — аркуатных и вентромедиальных — ядер хозяина. Функциональное значение этих сосудистых связей, вероятно, ограничивается обеспечением трофики трансплантата, так как нефенестрированные сосуды не проницаемы для нейрогормонов, а следовательно, и не могут участвовать в их переносе из трансплантата в мозг хозяина или в обратном направлении [Scott, Sherman, 1984; Scott, 1985].

Васкуляризация трансплантата у крыс продолжается в течение месяца после операции главным образом за счет прорастания в него сосудов хозяина [Scott, Kelsick, 1985]. Предполагается, что такого рода неоваскулогенез запускается под влиянием химических сигналов, поступающих из ткани донора [Scott, Sherman, 1984].

Таким образом, пересаженные эмбриональные нейроны гипоталамуса продолжают дифференцировку в мозге взрослого хозяина, что сопровождается формированием нервных и сосудистых связей между

221

трансплантатом и мозгом хозяина. Эти данные позволяют предположить, что трансплантированные нейросекреторные нейроны вовлекаются в нейроэндокринную регуляцию реципиента.

ТРАНСПЛАНТАЦИЯ СПЕЦИФИЧЕСКИХ НЕЙРОНОВ РЕЦИПИЕНТАМ С ДЕФИЦИТОМ НЕЙРОГОРМОНОВ

Несмотря на то что первоначально трансплантацию гипоталамуса предполагалось использовать только для изучения фундаментальных аспектов развития этой уникальной области мозга и ее регуляции, эта же модель может быть использована и в интересах клиники с целью компенсации регионального дефицита нейрогормонов. Такой новый подход послужил стимулом для разработки экспериментальных моделей первичной патологии гипоталамуса, связанной с недостаточностью определенных нейрогормонов. Вслед за этим были предприняты попытки компенсировать дефицит нейрогормонов в гипоталамусе реципиента путем пересадки соответствуюп1,их популяций нейросекреторных нейронов от нормальных доноров.

Трансплантация вазопрессинергических нейронов при несахарном диабете

Экспериментальные модели. Наиболее широко распространенной экспериментальной моделью несахарного диабета являются мутантные крысы Браттлеборо, генетически неспособные к синтезу ВП, а точнее молекулы предшественника - препроВП [Verbalis, Robinson, 1985]. Эти животные в течение суток потребляют столько же воды, сколько весят сами, а осмолярность выделяемой ими мочи в 5 раз ниже нормы [Marciano et al., 1985]. Меньшее распространение получила другая экспериментальная модель несахарного диабета - гипофизэктомия нормальных животных [Marciano et al., 1985]. Гипофизэктомия сопровождается механическим повреждением аксонов вазопрессинергических нейронов, оканчивающихся в задней доле гипофиза, и вследствие этого - гибелью 50% нейронов супраоптического ядра и значительного числа нейронов в паравентрикулярном ядре [Moll, De Wied, 1962]. Как и у крыс Браттлеборо, у гипофизэктомированных животных развиваются полиурия и полидипсия.

Преимуществом модели гипофизэктомированных крыс перед крысами Браттлеборо является то, что почки у них развиваются в условиях нормального гуморального микроокружения, включающего и ВП. Существенным недостатком гипофизэктомированных крыс является транзиторный характер несахарного диабета. Функциональная компенсация наступает у этих животных в результате формирования новых аксовазальных контактов недегенерировавших вазопрессинергических нейронов с сосудами срединного возвышения и стебля гипофиза, реорганизованного в миниатюрную заднюю долю [Polenov et al., 1974]. Одновременно формируются и новые связи указанных сосудистых сплетений с общей системой циркуляции хозяина.

222

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Развитие трансплантата. Для компенсации дефицита ВП крысам Браттлеборо в инфундибулярную бухту 3-го желудочка пересаживали ядра гипоталамуса нормальных плодов крыс, обогащенные вазопрессинергическими нейронами: супраоптическое и паравентрикулярное ядра [Gash, Sladek, 1980; Boer et al., 1984]. Оказалось, что при взятии материала на 11-й день внутриутробного развития наблюдается максимальная выживаемость вазопрессинергических нейронов, причем с возрастом плодов эта способность снижается [Gash et al., 1984].

Дифференцирующиеся вазопрессинергические нейроны, включая и их отростки, обычно локализованы в вентральной области трансплантата, т.е. по соседству с срединным возвышением хозяина. На этой же модели впервые было показано, что вазопрессинергические нейроны могут мифировать из трансплантата в мозг хозяина, а точнее в его срединное возвышение и стебель гипофиза, приближаясь к кровеносным сосудам [Sladek et а!., 1982; Marciano et al., 1985; Zimmerman, 1986]. Аналогичные результаты были получены и на модели гипофизэктомированных крыс [Marciano et al., 1985]. По мере дифференцировки вазопрессинергических нейронов трансплантата их аксоны прорастают в срединное возвышение хозяина, где они оканчиваются на капиллярах первичного портального сплетения. Эти данные рассматриваются как показатель формирования путей транспорта ВП из нейронов трансплантата в кровеносные сосуды хозяина [Gash et al., 1980, 1983; Scott, Sherman, 1984; Zimmerman, 1986]. С возрастом реципиента способность к установлению такого рода аксовазальных контактов снижается [Gash et al., 1983].

Наряду с эфферентными формируются и афферентные связи в системе трансплантат-хозяин. Так, показано, что катехоламинергические волокна прорастают из мозга хозяина в трансплантат и оканчиваются там вблизи от вазопрессинергических нейронов [Gash et al., 1980, 1983]. Предполагается, что эти волокна принадлежат нейронам ствола мозга [Gash et al., 1980; Marciano et al., 1985], которые иннервируют вазопрессинергические нейроны у интактных животных [Sladek, Armstrong, 1987; Everitt et al., 1992]. До сих пор влияние катехоламинергического афферентного входа остается неизученным.

Функциональная активность трансплантата. Мониторинг потребления воды и осмолярности мочи у крыс Браттлеборо после пересадки вазопрессинергических нейронов показал, что у некоторых животных потребление воды падает сразу же после операции и до конца 40-дневного эксперимента остается в 2 раза меньше, чем до операции. Напротив, осмолярность мочи у этих же животных резко увеличивается после операции, сохраняясь на относительно высоком уровне в течение всего изученного послеоперационного периода [Gash et al., 1980; Marciano et al., 1985]. Вызывает удивление быстрая компенсаторная реакция на введение трансплантата: снижение полиурии и повьппение осмолярности мочи, что, вероятно, объясняется попаданием в кровоток ВП, выделяющегося сразу же после трансплантации из механически поврежденных нейронов [Gash et al.. 1980; Zimmerman, 1986]. Сходные компенсаторные физиологические реакции отмечены и у гипофизэктомированных крыс после пересадки вазопрессинергических нейронов [Marciano et al., 1985]. Эффект трансплантации вазо-

223

дефицита ГРГ в мозге гораздо чаще используется другая экспериментальная модель - мутантные гипогонадные мыши [Cattanach et al., 1977], генетически неспособные синтезировать ГРГ [Mason et al., 1986]. Во взрослом организме это приводит к низкому уровню секреции ЛГ и ФСГ, недоразвитию гонад, отсутствию сперматогенеза у самцов и овуляции у самок [Gibson, Krieger, 1985]. С целью компенсации дефицита ГРГ в сфере нейроэндокринной регуляции гонадотропной функции была предложена пересадка ГРГ-нейронов плодов нормальных мышей. Одним из важнейших требований к трансплантированным нейронам должно быть формирование у них пульсирующего характера секреции ГРГ, свойственного нормальным животным и человеку.

Для трансплантации в инфундибулярную бухту взрослого реципиента использовали преоптическую область гипоталамуса плодов нормальных мышей, обогащенную дифференцирующимися ГРГ-нейронами [Zimmerman, 1986]. Донорский материал обычно получали начиная с 16-го дня внутриутробного развития, причем, как и в предыдущих случаях, по мере увеличения возраста доноров снижалась вероятность приживления трансплантата в мозге хозяина [Krieger et al., 1985].

Развитие трансплантата. В 30-80% случаев трансплантаты сохраняли жизнеспособность в течение всего эксперимента, продолжающегося максимально до четырех месяцев. В трансплантатах присутствуют дифференцированные ГРГ-нейроны, не отличающиеся по ультраструктурной организации от нейронов интактных животных [Gibson, Krieger, 1985; Silverman et al., 1986b; Zimmerman, 1986]. Как и в случае вазопрессинергических нейронов, одиночные ГРГ-нейроны мигрируют в мозг хозяина [Gibson et al., 1990]. Помимо ГРГ-нейронов в трансплантатах преоптической области обнаружены и другие виды нейронов: дофаминергические, ГАМК-ергические, нейропептид-¥-синтезирующие и ВИП-синтезирую- щие. Продуцируемые этими нейронами нейротрансмиттеры, нейромодуляторы и нейрогормоны, по-видимому, принимают такое же участие в регуляции функциональной активности ГРГ-нейронов трансплантата, как и у нормальных животных. Так, катехоламины и нейропептид Y стимулируют, а ГАМК и (3-эндорфин ингибируют выделение ГРГ [Kalra, Kalra, 1983; Barraclough et al., 1984; Ramirez et al., 1984; Adler, Crowley, 1986; Kalra, 1986]. Кроме того, в трансплантате, как и в преоптической области нормальных животных, обнаружены нейроны, чувствительные к эстрогенам [Gibson et al., 1989]. Эти нейроны предназначены для передачи информации о концентрации половых стероидов в микроокружении ГРГ-нейронам, которые сами не обладают рецепторами к половым гормонам [Shivers et al., 1983].

Аксоны подавляющего большинства ГРГ-нейронов (90%) трансплантата прорастают через аркуатное ядро или срединное возвышение реципиента к капиллярам первичного портального сплетения. Лишь незначительная часть этих аксонов оканчивается в аркуатном ядре. Эфферентные проекции ГРГ-нейронов на другие отделы гипоталамуса практически отсутствуют [Silverman et al., 1989; Gibson et al., 1989]. Направленный рост ГРГ-ак- сонов в срединное возвышение, вероятно, определяется не столько особенностями архитектоники медиобазального гипоталамуса, сколько специфическим хемотаксисом и/или соответствующей генетической программой [Charlton, 1987; Gibson et al., 1990].

Как и у нормальных животных, аксоны трансплантированных ГРГнейронов, как правило, не оканчиваются на наружной базальной мембране первичного портального сплетения капилляров гипогонадных мышейреципиентов. Между ними вклиниваются узкие отростки таницитов, которые, как предполагается, регулируют поступление ГРГ из аксонов в гипофизарный портальный кровоток. Несмотря на внешнее сходство взаимоотношений между ГРГ-аксонами, базальными отростками таницитов и капиллярами в срединном возвышении у нормальных мышей и гипогонадных мышей с пересаженной преоптической областью, эффективность поступления ГРГ во втором случае гораздо ниже, чем в первом [Silverman et al, 1989; Gibson et al., 1990].

Преоптическая область, трансплантированная в инфундибулярную бухту гипогонадных мышей, получает афферентную иннервацию главным образом со стороны нейронов аркуатного ядра [Silverman et al., 1989]. В этом случае аксоны, прорастающие в трансплантат из мозга хозяина, содержат такие нейротрансмиттеры/нейромодуляторы, как катехоламины, Р-эндорфин и нейропептид Y [Miller et al., 1995]. Предполагается, что афферентные катехоламинергические аксоны принадлежат нейронам ствола мозга, участвующим в иннервации ГРГ-нейронов и у нормальных животных [Jennes et al., 1982]. Нельзя, однако, исключить принадлежность катехоламинергических (дофаминергических) нейронов к самому трансплантату [Gibson, Krieger, 1985]. Влияние афферентных аксонов на ГРГ-нейроны трансплантата передается через синаптические контакты [Silverman et al., 1986b].

Функциональная активность трансплантата. Трансплантация преоптической области плодов нормальных мышей в инфундибулярную бухту гипогонадных взрослых мышей со временем приводит к началу выделения ГРГ из нейронов трансплантата в гипофизарную портальную систему циркуляции реципиента и к последующей активации выделения в общую циркуляцию гипофизарных ЛГ и ФСГ [Gibson et al., 1984а]. Мониторинг концентрации ЛГ в крови у ненаркотизированных гипогонадных самцов и самок показал, что в более половины случаев устанавливается пульсирующий характер секреции ЛГ, хотя и с более низкой амплитудой, чем у нормальных животных [Kokoris et al., 1988; Gibson et al., 1991]. Это означает, что трансплантированные ГРГ-нейроны функционируют в режиме импульсного генератора, как и у интактных животных. Важно отметить, что даже при высокой степени активации секреции гонадотропинов гипофиза реципиентов число ГРГ-нейронов и содержание самого ГРГ в трансплантате не превышают 10% от аналогичных показателей у нормальных животных. Это означает, что даже относительно небольшое количество ГРГнейронов способно обеспечить адекватную регуляцию гонадотропной функции [Gibson, Krieger, 1985]. Одним из механизмов действия ГРГ трансплантата на гонадотропоциты гипофиза является стимуляция экспрессии рецепторов к ГРГ, что проявляется в увеличении их концентрации [Charlton, 1987].

Влияние трансплантированных ГРГ-нейронов на репродуктивную функцию гипогонадных мышей не ограничивается формированием гипоталамического контроля секреции гонадотропинов. Активация секреции

226

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

клиническую практику. Так, Honey et al. [1991] удалось добиться доразвития семенников и формирования сперматогенеза у гипогонадных мышейсамцов путем пересадки им преоптической области нормальных крыс. Вместо традиционной иммуносупрессии циклоспорином А в этом случае была использована иммуносупрессия с помощью антител против поверхностных гликопротеиновых антигенов, экспрессирующихся на поверхности хэлперов Т-лимфоцитов [Honey et al., 1991].

Трансплантация дофаминергических нейронов при гиперпролактинемии

Патогенез гиперпролактинемии. Третье нейроэндокринное заболевание, в лечении которого в перспективе могла бы быть использована нейротрансплантация, - гиперпролактинемия. В основе патогенеза этого заболевания лежит снижение уровня синтеза дофамина нейронами аркуатного ядра и его поступления в гипофизарную портальную систему циркуляцию. При этом ослабевает ингибирующее влияние дофамина на секрецию пролактина, что и является причиной хронической активации секреции этого гормона [Reymond, Porter, 1985]. В свою очередь, гиперпролактинемия приводит к нарушению гонадотропной функции или способствует ее развитию. Важнейшим из таких осложнений является бесплодие. Кроме того, гиперпролактинемия наблюдается у 20% женщин с галактореей-аменореей, у 15-20% женщин только с аменореей [Franks et al., 1975] и наиболее часто при опухолях гипофиза - пролактиномах.

Несмотря на то что этиология гиперпролактинемии до сих пор не ясна, скорее всего она связана с дегенерацией дофаминергических нейронов аркуатного ядра, спонтанной или спровоцированной неблагоприятными внешними или внутренними факторами, например черепно-мозговой травмой. Об этом косвенно свидетельствует снижение функциональной активности дофаминергических нейронов аркуатного ядра у больных, страдающих гиперпролактинемией [Fine, Frohman, 1978; Cabranes et al., 1986]. В качестве лечения при гиперпролактинемии на ранней стадии используют терапевтический подход - агонисты рецепторов к дофамину, а на поздней (в случае развившейся пролактиномы) - хирургический подход - гипофизэктомию.

Экспериментальные модели. У лабораторных животных пролактиномы развиваются в процессе старения, причем во всех случаях это сопровождается дегенерацией дофаминергических нейронов аркуатного ядра [Sarkar et al., 1982, 1984]. Предполагается, что прогрессирующая с возрастом дегенерация дофаминергических нейронов является следствием часто повторяющихся преовуляторных массированных выбросов эстрогенов и пролактина. В высокой концентрации эти гормоны оказывают токсическое влияние на дофаминергические нейроны аркуатного ядра, вызывая их дегенерацию [Sarkar et al., 1982, 1984].

Исходя из наблюдения развития гиперпролактинемии у стареющих животных, было предложено моделировать этот синдром в эксперименте путем хронического введения эстрогенов самкам крыс, кастрированным в половозрелом возрасте. Оказалось, что это воздействие приводит к деге-

228

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/