Добавил:
Sekretar
kiopkiopkiop18@yandex.ru
t.me/Prokururor I Вовсе не секретарь, но почту проверяю
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Ординатура / Хирургия / Библиотека им академика М.И. Перельмана / Книга_5555_Библиотеки_им_академика_М_И_Перельмана
.pdf
3. Нейрогенез в зрелой ЦНС 61
Тестовые вопросы по теме «Нейрогенез в зрелой ЦНС»
1. Основной зоной нейрогенеза при травмах у человека является
a. обонятельная луковица
b. префронтальная кора
c. субвентрикулярная зона
d. зубчатая извилина гиппокампа
2. Функция апоптоза при нейрогенезе:
a. удаление дефектных нейронов
b. удаление отмерших нейронов
c. удаление избыточных нейронов
d. все ответы верны
e. удаление избыточных глиоцитов
3. На срезах мозга рядом с нейрогенными нишами встречается много
a. олигодендроцитов
b. синантоцитов
c. астроцитов и микро
гли аль ных клеток
d. клеток Пуркинье
e. все ответы верны
4. В процессе нейрогенеза нейрональная стволовая клетка дифференцирует-
ся..., в результате чего формируются...
a. однократно, предшественники нейрона и олигодендоцита
b. многократно, предшественники нейрона и астроцита
c. однократно, предшественники нейрона и микро гли аль ной клетки
d. однократно, предшественники нейрона и астроцита
5. Введение в культуру красителя к даблкортину позволяет идентифицировать
a. стадию дифференцировки
b. стадию апоптоза
c. стадию пролиферации
d. новые дифференцировавшиеся нейроны
e. стадию миграции
6. На стадию пролиферации нейрональных стволовых клеток могут влиять
a. серотонин
b. дофамин
c. адреналин
d. бромдезоксиуридин
e. норадреналин
f. глутамат
g. ацетилхолин
h. ГАМК
62 О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов. Основы нейробиологии
7. На стадию дифференцировки нейробластов могут влиять
a. глутамат
b. ГАМК
c. дофамин
d. бромдезоксиуридин
e. норадреналин
f. серотонин
g. ацетилхолин
h. глицин
8. Индикатор к какому соединению позволяет идентифицировать потенциал
нейрогенеза?
a. к бромдезоксиуридину
b. к даблкортину
c. все ответы верны
d. к нестину
e. к нейрональному специфическому ядерному белку
9. Вам представлены микропрепараты срезов мозга пожилых людей. Нужно
оценить сохранность нейрогенеза. Что оптимальнее исследовать
?
a. глиальный кислый белок и неспецифический ядерный белок
b. бромдезоксиуридин и глиальный кислый белок
c. нестин и глиальный кислый белок
d. нестин
e. даблкортин и нестин
f. бромдезоксиуридин и нестин
10. Факторами, стимулирующими нейрогенез, являются
a. ГАМК
b. мелатонин
c. эстрогены
d. глутамат
e. арахидоновая кислота
f. нестин
g. мозговой нейротрофический фактор BDNF
h. фактор роста эндотелия сосудов
i. пирацетам
j. простагландины
Ситуационные задачи по теме «Нейрогенез в зрелой ЦНС»
1. При эпилепсии однократные судорожные приступы вызывают всплеск
нейрогенеза. Однако при хронически повторяющихся приступах нейрогенез сни-
жается. За счет каких процессов это происходит? Как это можно идентифициро-
вать? Принимают ли в этом участие астроциты?
3. Нейрогенез в зрелой ЦНС 63
2. Добавление ростового фактора VEGF в живые срезы гиппокампа приводит
к усилению нейрогенеза. На какие стадии идет воздействие?
3. В культуру нейронов добавили вытяжку из протоплазматических астроци-
тов. Как изменится нейрогенез? Как это можно оценить?
4. На 19 день нейрогенеза резко остановилась дифференцировка клеток.
Каковы последствия для организма? Как изменится активность астроцитов?
5. Во 2день
цикла нейрогенеза произошло двукратное усиление апоптоза и
резко выросла концентрация глутамата. Последствия?
6. В 5день клеточного цикла нейрогенеза резко возросла концентрация глу-
тамата. Последствия?
7. Культуру нервной ткани после экспериментального фототромбического ин-
сульта обработали антителами к бромдезоксиуридину. В конфокальном микро-
скопе наблюдается слабое свечение по одной из границ зоны инсульта. На какой
стадии находится культура?
8. Лаборант по ошибке добавил к культуре нейронов (13день нейрогенеза)
культуру астроцитов (15день астрогенеза). Культуры частично разделены и куль-
тивируются далее. Какие последствия для обеих культур?
9. Опишите причины возникновения дефицита нейрогенеза в пожилом воз-
расте. Как это связано с количеством астроцитов? Как можно повлиять на оба
процесса?
4. Строение и функции гематоэнцефалического барьера
4.1. Общий план строения гематоэнцефалического барьера
Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) представляет собой узкоспециали-
зированную эндотелиальную структуру в капиллярах ЦНС (Zlokovic, 2008).
Функционально ГЭБ представляет собой границу между периферическим крово-
обращением и ЦНС (Hawkins, Davis, 2005). Наличие в ЦНС гематоэнцефалическо-
го барьера создает локальную внутреннюю среду ЦНС, отделяя нейроны от дру-
гих внутренних сред тела, и в первую очередь от компонентов циркулирующей
крови. Проникновение
форменных элементов и плазмы крови в нервную ткань
провоцирует образование нейротоксичных веществ (Zlokovic, 2008).
У человека ГЭБ обнаруживается в конце первого— начале второго триме-
стра внутриутробного развития. В капиллярах головного мозга плода начиная
с 12–14недель гестации структура ГЭБ практически не отличается от таковой у
взрослых (Abbott etal., 2010).
Работа ГЭБ позволяет обеспечивать нормальное функционирование и высо-
кую стабильность ЦНС, делая ее относительно независимой структурой (Hamm
etal., 2004; Zlokovic 2008; Wang etal., 2021). Также ГЭБ поддерживает постоянный
и строго определенный химический состав среды, окружающей нейроны. Это яв-
ляется необходимым условием нормального функционирования нейронных це-
пей, синаптической передачи, перестройки синапсов, ангиогенеза и нейрогенеза
во взрослом мозге (Zlokovic, 2008; Sweeney etal., 2018).
ГЭБ образован следующими компонентами:
непрерывный эндотелий капилляров;
плотные контакты между клетками эндотелия;
перициты;
базальная мембрана;
микро гли аль ные клетки;
глиальная мембрана в окружении астроцитов (Hawkins, Davis, 2005; Zlokovic,
2008; Abbott etal., 2010; Sweeney et al., 2016; Sweeney etal., 2018; Sweeney etal.,
2019; Wang etal., 2021 и др.).
4. Строение и функции гематоэнцефалического барьера 65
Строение и функциональные характеристики ГЭБ препятствуют проникнове-
нию и накоплению в нервной ткани вирусов и бактерий, факторов воспаления, ней-
ротоксинов и т.д. (Lai, Kuo, 2005; Wang etal., 2021). ГЭБ является не анатомическим
образованием, а функциональным понятием, характеризующим определенный фи-
зиологический механизм. Благодаря наличию ГЭБ проникновение веществ в мозг
осуществляется не через ликворные пути, а через
кровеносную систему на уровне
капилляр— нейрон. Ключевым фактором, регулирующим деятельность ГЭБ, явля-
ется уровень электрической и нейрохимической активности нервной ткани; други-
ми словами, ГЭБ находится под регулирующим влиянием нервной и гуморальной
систем (Андреев, Назарова, 2016; Hamm etal., 2004; Hawkins, Davis, 2005; Sweeney
etal., 2016; Sweeney etal., 2018; Sweeney etal., 2019; Wang etal., 2021 и др.).
На рис.4.1 представлена модель клеточного строения ГЭБ. Эндотелиальные
клетки капилляров перекрывают друг друга, соединены плотными контактами и
окружены базальной мембраной. Клетки эндотелия мозговых капилляров имеют
непрерывные контакты и запирательные пластинки. Подобная структура предот-
вращает проникновение макромолекул и ограничивает движение водораствори-
мых веществ (Hamm etal., 2004; Hawkins, Davis, 2005; Wang etal., 2021).
Вместе с астроцитами, перицитами, нейронами и внеклеточным матриксом эн-
дотелий микрокапилляров образует «нервно-сосудистую единицу» (Hawkins, Davis,
2005). Нормальные нейронно-сосудистые взаимодействия имеют решающее значе-
ние для функционирования мозга, поскольку почти каждый нейрон имеет собствен-
ный капилляр (Zlokovic, 2008; Zlokovic, 2011). Внешняя поверхность базальной мем-
браны контактирует с астроцитами, что обеспечивает связь капилляров и нейронов.
Астроциты обеспечивают целостность барьерных функций эндотелиальных клеток,
т.к. их отростки плотно покрывают стенку сосуда и имеют решающее значение для
индукции и поддержания ГЭБ (Ballabh etal., 2004; Wang etal., 2021).
Важнейшей структурной особенностью эндотелиоцитов капилляров в ЦНС
является наличие плотных контактов, соединяющих мембраны соседних клеток.
Плотность контактов обеспечивается черепицеобразным наложением клеток эндо-
телия друг на друга и наличием запирательных пластинок в местах контактов (Abbott
etal., 2010; Sweeney etal., 2016; Sweeney etal., 2018; Sweeney etal., 2019). Плотные
межклеточные контакты эндотелиоцитов образованы трансмембранными адгезив-
ными молекулами и представляют собой комплекс структур, соединенный с систе-
мой внутриклеточной сигнализации и белками цитоскелета. Такие соединения об-
разуют важный барьер против диффузии, избирательно исключая попадание в ЦНС
большинства переносимых с кровью веществ (Ballabh etal., 2004; Correale, Villa, 2009)
и свободный межклеточный обмен растворенными веществами (Zlokovic, 2008;
Abbott etal., 2010; Sweeney etal., 2016; Sweeney etal., 2018; Sweeney etal., 2019).
Белками плотных контактов являются окклюдин, клаудин-5, клаудин-1,
клаудин-3 и клаудин-12, кадгерины, молекулы адгезии эндотелиальных клеток
(Андреев, Назарова, 2016; Hamm et al., 2004; Sweeney etal., 2016; Sweeney etal.,
2018; Sweeney et al., 2019) и другие. Данные белки экспрессируются только в
66 О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов. Основы нейробиологии
Рис. 4.1 — Модель клеточного строения гематоэнцефалического барьера (приводится по Abbott et al., 2010, с изменениями).
4. Строение и функции гематоэнцефалического барьера 67
эндотелиоцитах. Их основная функция— регуляция барьерных свойств ГЭБ че-
рез сигнальные белки путем взаимодействий с цитоплазматическими белками.
Здесь критическую роль играет актин цитоскелета, который, вероятно, поддер-
живает стабильность плотных межклеточных контактов за счет временного и
пространственного распределения и ремоделирования актиновых филаментов
(Hamm etal., 2004; Lai etal., 2005; Abbott etal., 2010).
Также к особенностям мозговых капилляров относится
отсутствие фенестр—
истонченных участков стенки, обеспечивающих транспорт веществ через эндоте-
лий. В совокупности с очень низким уровнем пиноцитоза это обеспечивает прак-
тически полную непроницаемость капилляров мозга для гидрофильных веществ.
Еще одним важнейшим структурно-функциональным элементом ГЭБ являются
перициты, расположенные в прекапиллярных артериолах, капиллярах и посткапил-
лярных венулах головного мозга (Dore-Duffy, Cleary, 2011). Перициты представляют
собой удлиненные многоотростчатые клетки, расположенные вдоль длинной оси
капилляра. Отростки охватывают капилляры, контактируют с клетками эндотелия
и отростками нейронов, обеспечивая их прямой контакт (Lai, Kuo, 2005; Jackson
etal., 2017; Sweeney etal., 2016; Sweeney etal., 2018; Wang etal., 2021).
Перициты покрывают внешнюю поверхность эндотелиальных клеток, спо-
собствуя целостности ГЭБ и осуществляя барьерные свойства. Они играют
важную роль в развитии, поддержании и регуляции
ГЭБ, выполняя следующие
функции (Lai, Kuo, 2005; Abbott etal., 2010; Bell etal., 2010; Dore-Duffy, Cleary, 2011;
Jackson etal., 2017; Sweeney etal., 2016; Sweeney etal., 2018; Wang etal., 2021):
развития церебральной микроциркуляции;
контроля нейрососудистых функций;
локальной регуляции гомеостаза;
регуляции кровотока в нервно-сосудистой единице за счет передачи воз-
буждения от нейронов эндотелиоцитам (это приводит к накоплению или потере
жидкости, расширению или сужению сосудов);
одного
из источников взрослых плюрипотентных стволовых клеток.
Кроме того, перициты участвуют в иммунных ответах мозга (Jackson et al.,
2017), таких как:
экспрессия и секреция иммуноактивных молекул;
проявление макрофагоподобной активности и функции антиген-представ-
ляющих клеток;
регуляция переноса лейкоцитов к участкам воспаления и миграции нейтро-
филов.
Таким образом, в строении и функционировании
ГЭБ в настоящее время выде-
ляют три компонента (Sweeney etal., 2016; Sweeney etal., 2018; Sweeney etal., 2019):
клеточный барьер — перициты, эндотелиоциты, плотные межклеточные
контакты;
энзимный барьер— ферментативные системы, препятствующие проникно-
вению через ГЭБ моноаминов;
эффлюксные белки-переносчики на мембране эндотелиоцитов.
68 О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов. Основы нейробиологии
4.2. Транспорт веществ через гематоэнцефалический барьер
Существуют два глобальных механизма проникновения вещества в клетки ЦНС:
гематогенный путь— через стенку капилляра. Данный путь доминирует во
взрослом мозге и связан с активной работой ГЭБ;
ликворный путь — через цереброспинальную жидкость; играет вспомога-
тельную роль (Zou etal., 2019).
Транспорт веществ через ГЭБ ограничен как физическими, так и метаболиче-
скими барьерами (Correale, Villa, 2009; Abbott etal., 2010). Поскольку основным
компонентом ГЭБ являются эндотелиоциты, обладающие крайне низкой выра-
женностью процесса пиноцитоза и соединенные плотными контактами, именно
они выполняют основную роль в ограничении движения гидрофильных молекул
через стенку капилляра (Hamm etal., 2004; Sweeney etal., 2018; Zou etal., 2019).
Именно низкая выраженность пиноцитоза и трансцитоза является результатом
барьерной функции эндотелиоцитов (Sweeney etal., 2018).
Легче всего через ГЭБ проходят углекислый газ, оксид азота (NO) и жирора-
створимые вещества, способные растворяться в липидных участках мембраны
эндотелиоцитов (Correale, Villa, 2009; Sweeney etal., 2018). Отсюда проницаемость
ГЭБ напрямую определяется липофильностью веществ (Sweeney etal., 2018).
К способам проникновения гидрофобных веществ в мозг относятся мембранные
каналы эндотелиоцитов и специальные транспортные системы. Проникновение мо-
лекул воды через мембрану эндотелиоцитов связано с формированием аквапор—
гидрофильных каналов, образуемых белками аквапорином-4 и аквапорином-9 на
ножках астроцитов и аквапорином-1 на эндотелиоцитах. Аквапорин-4 является глав-
ным белком водных пор астроцитов в ЦНС. С его дисфункцией связывается грубое
нарушение целостности ГЭБ, «опухание» астроцитов и возникновение ряда нейроде-
генеративных заболеваний, в т.ч. болезни Альцгеймера и бокового амиотрофическо-
го склероза (Sweeney etal., 2018; Zou etal., 2019). Это связано с замедлением оттока
ликвора через систему периваскулярных пространств, окружающих сосуды мозга
(глимфатическую систему), т.к. данный процесс поддерживается астроцитарным
водным транспортом (Iliff etal., 2012).
Свободная и облегченная диффузия являются наименее энергозатратными
способами транспорта через ГЭБ. Проникновение веществ происходит по гра-
диенту концентраций через мембраны эндотелиоцитов, плотные межклеточные
контакты или с использованием специальных систем-транспортеров. Последним
способом транспортируются крупные молекулы— витамины, нуклеотиды, углево-
ды, аминокислоты и т.д. (Андреев, Назарова, 2016; Sweeney etal., 2016; Sweeney
etal., 2018; Sweeney etal., 2019).
Перенос крупных молекул (гормонов, холестерина, инсулина, медиаторов
ит.д.) возможен также путем везикулярного транспорта, именуемого также ре-
цептор-опосредованный трансцитоз. При таком способе происходит контакт и
связывание молекулы вещества с рецепторами на поверхности мембраны эн-
4. Строение и функции гематоэнцефалического барьера 69
дотелиоцита, обращенной в просвет капилляра. Затем происходит образование
везикулы, ее перенос через цитоплазму к противоположной мембране, слияние
с ней и высвобождение вещества (Sweeney etal., 2018). Данный способ является
наиболее энергозатратным.
ГЭБ представлен во взрослой ЦНС в большинстве капилляров. Однако суще-
ствует ряд областей мозга, где классический ГЭБ отсутствует. К таковым отно-
сятся нейрогипофиз
, эпифиз, заднее поле ромбовидной ямки, субфорникальный
и субкомиссуральный органы и прикрепленная пластинка (верхняя поверхность
таламуса). Роль ГЭБ в них выполняют эпендимальные клетки желудочков мозга
(данные органы находятся по периферии системы желудочков). Отсутствие клас-
сического ГЭБ в данных областях обусловлено выделением в кровь гормонов, а
также анализом состава ликвора на наличие токсических веществ.
В указанных областях мозга транспортируемые кровью вещества проходят
сквозь стенку капилляров и доходят до наружной границы желудочков. Далее их
передвижение задерживается эпендимальными клетками. Часть молекул может
проникать в ткани мозга через эпендимоциты. В этом случае попадание в ликвор
связано с растворимостью молекул вещества в мембранных липидах или с движе-
нием через водные каналы эпендимоцитов. Также возможно проникновение через
нервные окончания и дальнейшее перемещение путем аксонного транспорта; наи-
более явно это представлено в обонятельных нейронах, отростки которых локали-
зованы в слизистой оболочке верхнего носового хода (Андреев, Назарова, 2016).
4.3. Нарушения гематоэнцефалического барьера
Повреждение кровеносных сосудов является начальным поражением, сопро-
вождающимся потерей свойств ГЭБ. Это приводит к отеку мозга, гибели нейро-
нов и в ряде случаев— накоплению дефектного β-амилоида (Hamm etal., 2004;
Zuo etal., 2015; Sweeney et al., 2016; Sweeney etal., 2018; Sweeney et al., 2019).
Повреждение ГЭБ проявляется нарушением плотных контактов эндотелиоцитов,
транспорта молекул между кровью и нервной тканью в обоих направлениях, ан-
гиогенеза, кровоснабжения мозга, а также развитием нейровоспаления.
Комплекс повреждений способствует созданию самоусиливающегося про-
цесса, приводящего к утрате синапсов, гибели нейронов и развитию нейродегене-
ративных заболеваний, синаптической и нейрональной дисфункции. Нарушения
ГЭБ всегда сопровождают возникновение болезни Альцгеймера, болезни
Паркинсона, рассеянного склероза, хореи, посттравматической энцефалопатии
и т.д. (Zlokovic, 2008; Sweeney etal., 2018).
Ремоделирование ГЭБ приводит к изменению локальной проницаемости ми-
крокапилляров и формированию аномально функционирующих сосудов, что обе-
спечивает благоприятные условия для развития патологических процессов в ЦНС,
а также препятствует проникновению лекарственных средств (Wang etal., 2021).
Нарушения плотных межклеточных контактов эндотелиоцитов происходят при не-
70 О. Л. Кундупьян, А. С. Фомина, М. Ю. Бибов. Основы нейробиологии
врологических заболеваниях, особенно при нейровоспалении и геморрагическом
инсульте. Также это является причиной нарушения проницаемости капилляров
мозга у недоношенных детей, что в сочетании с неполным обвитием сосудистыми
ножками астроцитов приводит к их повышенной хрупкости (Ballabh etal., 2004).
Нарушение ГЭБ способствует накоплению нейротоксичных и васкулотоксич-
ных молекул, дефектных клеток и микробных патогенов и связано с
воспалитель-
ными и иммунными ответами, снижением капиллярного кровотока и гипоксией;
все эти события могут инициировать нейродегенерацию. Кроме того, происходит
дегенерация перицитов и эндотелия с разрушением плотных контактов, проник-
новение микробных патогенов, форменных элементов крови и высвобождение
нейротоксичного свободного двухвалентного железа (Zlokovic, 2008; Zlokovic,
2011; Sweeney etal., 2016; Sweeney etal., 2018; Sweeney etal., 2019). При возникно-
вении дефектов перицитов нарушения ГЭБ, приводящие к нейродегенеративным
изменениям, проявляются двумя путями: снижением микроциркуляции, вызыва-
ющим ухудшение мозгового кровотока и гипоксию, и накоплением дефектных
и/или нейротоксичных белков.
Потеря перицитов и дегенерация эндотелия вызывают нарушение клиренса
β-амилоида и α-синуклеина, что приводит к прогрессии болезни Альцгеймера и
болезни Паркинсона. Поэтому отмирание перицитов является предшественни-
ком нейродегенерации, ухудшения когнитивных способностей и сложного пове-
дения (Bell etal., 2010; Sweeney etal., 2016; Sweeney et al., 2018; Sweeney etal.,
2019). Кроме того, попадание плазмина, генерирующегося из циркулирующего в
плазме крови плазминогена, разрушает ламинин— белок нейронального матрик-
са. Это может спровоцировать гибель нейронов, в первую очередь в гиппокампе
(Chen, Strickland, 1997).
Тестовые вопросы по теме «Строение и функции
гематоэнцефалического барьера»
1. Основная функция эффлюксных АВС-белков ГЭБ:
a. препятствуют проникновению лекарственных препаратов
b. препятствуют проникновению воды
c. препятствуют проникновению моноаминов
d. препятствуют проникновению вирусной инфекции
e. препятствуют проникновению бактериальной инфекции
2. Формирование в эволюции ГЭБ позволило создать оптимальную среду для
функционирования нейронов за счет
a. защиты нейронов от проникновения инфекционных агентов и токсинов
b. возможности функционирования специфических медиаторов только
в
пределах нервной системы
c. верны все ответы
d. постоянства состава межклеточной среды
Соседние файлы в папке Библиотека им академика М.И. Перельмана