6 курс / Эндокринология / Механизмы_нейроэндокринной_регуляции_Угрюмов_М_В_1999
.pdfнерации значительного числа дофаминергических нейронов аркуатного ядра и в результате этого - к снижению содержания дофаминергических аксонов в срединном возвышении, а также к снижению уровня выделения дофамина в портальный кровоток [Demarest et al., 1984; Arendash, Leung, 1986]. Развивающаяся при этом стойкая активация лактотропоцитов в конечном счете приводит к развитию пролактиномы гипофиза [Sarkar et al., 1982, 1984]. Последствия дегенерации дофаминергических нейронов в аркуатном ядре не ограничиваются развитием гиперпролактинемии. При этом также наблюдается снижение уровня секреции ГРГ и ЛГ, причем их выделение перестает носить пульсирующий характер, как у нормальных животных. Это объясняется ингибирующим влиянием пролактина, с одной стороны, на секрецию ГРГ нейронами гипоталамуса [Sarkar, Yen, 1985], а с другой — таким же по характеру эффектом на экспрессию рецепторов к ГРГ гонадотропоцитами [Marchetti, Labrie, 1982].
В середине 1980-х годов была разработана экспериментальная модель компенсации дефицита дофамина у крыс с гиперпролактинемией путем пересадки им в инфундибулярную бухту 3-го желудочка или в паренхиму медиобазального гипоталамуса аркуатных ядер нормальных новорожденных крысят [Arendash, 1985; Arendash, Leung, 1986].
Развитие трансплантата. Анализу развития аркуатных ядер донора в инфундибулярной бухте и в паренхиме медиобазального гипоталамуса реципиента с гиперпролактинемией было посвящено единственное исследование. В этой работе с помощью гистофлуоресцентного метода в трансплантате удалось выявить лишь единичные дефаминергические нейроны [Arendash, Leung, 1986]. Такой низкий уровень выживаемости нейронов, вероятно, объясняется поздним взятием донорского материала - по крайней мере, спустя неделю после образования дофаминергических нейронов в этой области у нормальных животных [Balan et al., 1996]. Поэтому была проведена дополнительная серия исследований дифференцировки дофаминергических нейронов аркуатных ядер, взятых у плодов крыс на 15-17-й день внутриутробного развития и пересаженных в 3-й желудочек нормальных взрослых крыс. В течение всего эксперимента длительностью до шести месяцев в трансплантате иммуногистохимически выявляются многочисленные нейроны, экспрессирующие ферменты синтеза дофамина: тирозингидроксилазу и/или декарбоксилазу ароматических L-аминокислот. Эти нейроны образуют скопления, иногда даже более массивные, чем в аркуатных ядрах реципиента или интактных животных (рис. 95) [Угрюмов и др., 1994; Фетисов и др., 1994]. Как обсуждалось ранее, только нейроны, содержащие оба фермента, являются истинными дофаминергическими, тогда как нейроны, обладающие одним из ферментов, как правило, являются пептидергическими [Meister et al., 1986; Sakanaka et al., 1990].
Дофаминергические нейроны, трансплантированные как в 3-й желудочек, так и в паренхиму медиобазального гипоталамуса, посылают свои аксоны в срединное возвышение реципиента к капиллярам первичного портального сплетения, создавая необходимые предпосылки для поступления дофамина из трансплантата в гипофизарную портальную
229
Рис. 96. Повышенное содержание пролактина в крови у взрослых крыс, подвергшихся хронической эстрогенизации (контроль), и снижение его у ряда животных в результате пересадки аркуатных ядер неонатальных крысят в гомологичную область реципиента (трансплантация) [Arendash, 1985]
Каждый столбик соответствует уровню пролактина у отдельного животного. Стрелка - уровень пролактина превышает измерительную способность радиоиммунологического анализа
1.50
1,25
- 1,00
0.75
о. 0,50
0.25
К о н т р о л ь |
Трансплантация |
зиологический эффект трансплантации аркуатных ядер является тканеспецифичным, так как он не воспроизводился при трансплантации других отделов мозга, например амигдалы [Arendash, Leung, 1986].
Таким образом, трансплантация дофаминергических нейронов аркуатных ядер реципиентам с гиперпролактинемией приводит к снижению уровня секреции пролактина, уменьшению размеров гипофиза и нормализации секреции ГРГ и ЛГ.
Трансплантация нейронов супрахиазматического ядра при нарушениях циркадных ритмов
Патогенез нарушений циркадных ритмов. Как описано ранее, супрахиазматическое ядро млекопитающих, включая человека, содержит ней- роны-осцилляторы, играющие роль биологических часов. Характерные для этих нейронов циркадные ритмы передаются на функциональные сис- темы-мишени. Следует иметь в виду, однако, что система, обеспечивающая регуляцию практически любой функции организма в соответствии с циркадными ритмами, не офаничена нейронами-пейсмекерами супрахиазматических ядер. Она дополнительно включает в себя афферентные входы, модулирующие и синхронизирующие циркадные ритмы отдельных нейронов супрахиазматического ядра. Важнейшим из них является зрительный путь, передающий информацию от фоторецепторов о цикле свет-темнота [Aronson et al., 1993]. Кроме того, существует система простых и сложных эфферентных нервных связей нейронов супрахиазматического ядра, обеспечивающих возбуждение циркадных ритмов в системахмишенях. Даже из такого весьма схематичного описания следует, что патологические процессы, затрагивающие любое из звеньев системы циркадных ритмов, могут приводить к нapyшeн^Iям ритмов ряда функций на уровне целостного организма: сна-бодрствования, температуры тела, уровня секреции нейротрансмиттеров и гормонов.
До сих пор мало что известно о патологии системы циркадных ритмов, что, вероятно, объясняется трудностями ее клинической диагностики. Не исключено, что проявление первичной патологии этой системы маскируются значительно более ярко выраженными вторичными проявлениями нарушения циркадных ритмов функциональных систем-мишеней. Тем не менее, Moore [1991b] была предпринята попытка дать классификацию воз-
231
можных заболеваний, в основе патогенеза которых лежит нарушение нормальной функциональной активности системы циркадных ритмов. К наиболее обширной группе заболеваний, связанных с нарушением цикла сон-бодрствование, относятся синдром задержки фазы сна, синдром опережающей фазы сна, синдром наличия нестандартного, 24-часового цикла сон-бодрствование, синдром нефиксированного ("плавающего") цикла сон-бодрствование, смещение рабочей фазы в течение суток, ускоренный переход от сна к бодрствованию и наоборот. Ко второй фуппе относятся психические заболевания - сезонные и постоянные, например депрессия. Третья группа включает опухоли гипоталамо-гипофизарной системы; оптических нервов (глаукома), гипофиза (аденома и краниофарингиома). И, наконец, последние две группы заболеваний являются проявлением старения и врожденной слепоты.
Экспериментальные модели. В эксперименте заболевания, связанные с нарушением циркадных ритмов, моделируют путем разрушения супрахиазматических ядер, обычно у крыс или хомячков [Lehman et al., 1987]. Для восстановления этих ритмов широко используют пересадку гомологичных ядер от плодов, взятых вскоре после образования нейронов: у хомячков на 13-15-й [Lehman et al., 1987; DeCoursey, Buggy, 1989; Ralph et al., 1990; Romero, Silvers, 1990; Silver et al., 1990; Canbeyli et al., 1991], a у крыс на 14-18-й день внутриутробного развития [Drucker-CoHn et al., 1984; AguilarRoblero et al., 1986, 1992; Wiegand, Gash, 1988; Al-Shamma, De Vries, 1991; Griffioen et al., 1993]. В это время достаточно трудно прицельно выделить супрахиазматические ядра, поэтому для трансплантации используется более обширная зона переднего гипоталамуса, включающая эти ядра [Drucker-CoKn et al., 1984; Aguilar-Roblero et al., 1986; Lehman et al., 1987; De Coursey, Buggy, 1989]. Наряду с пересадкой блоков переднего гипоталамуса в одной из работ использована трансплантация клеточной суспензии супрахиазматических ядер [Silver et al., 1990]. В первом случае материал донора пересаживали в желудочки мозга, причем чаще всего в 3-й желудочек [Drucker-Colin et al., 1984; Lehman et al., 1987; DeCoursey, Buggy, 1989; Ralph et al., 1990; Romero, Silvers, 1990; Canbeyli et al., 1991], a во втором - в паренхиму гипоталамуса [Silver et al., 1990].
Большой интерес с физиологической точки зрения представляет модель трансплантации супрахиазматических ядер от мутантных хомячков с укороченным, 22-часовым циклом циркадных ритмов в мозг хомячков с нормальным - 24-часовым циклом [Ralph et al., 1990; Ralph, 1991].
Развитие трансплантата. По имеющимся в литературе данным, развитие супрахиазматических ядер не зависит от того, пересажены ли они нормальным реципиентам [Wiegand, Gash, 1988; Al-Shamma, De Vries, 1991; Aguilar-Roblero et al., 1992; и др.] или реципиентам с предварительно разрушенными собственными супрахиазматическими ядрами [Lehman et al., 1987; Canbeyli et al., 1991; и др.]. Это позволяет дать общий морфо-функци- ональный анализ формирования трансплантата и его нервных связей с хозяином (рис. 97) [Lehman et al., 1991].
Оказалось, что лишь отдельные фрагменты трансплантата напоминают по цитоархитектонике супрахиазматические ядра, так как в трансплантат попадают и смежные отделы гипоталамуса. Как и в нормальном супра-
232
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
реципиентов. Оказалось, что вазопрессинергические нейроны трансплантата и нормальных супрахиазматических ядер иннервируют одни и те же диэнцефальные области: медиальную преоптическую область, паравентрикулярные ядра гипоталамуса и таламуса, ретрохиазматическую область, перивентрикулярное, дорсомедиальное и аркуатное ядра. Удивительно то, что совпадение областей-мишеней распространяется даже на субъядерный уровень - в паравентрикулярном ядре гипоталамуса иннервируется только его мелкоклеточная часть [Wiegand, Gash, 1988].
Что касается афферентных связей трансплантата, то существует единственная работа, выполненная с помощью маркеров аксоплазматического транспорта. В ней показано, что аксоны нейронов сетчатки прорастают в трансплантат, оканчиваясь вблизи от ВИП-нейронов [Lehman et al., 1987]. Согласно более многочисленным косвенным (иммуноцитохимическим) данным, в трансплантат врастают и нейропептид-У-содержащие волокна, связывающие сплетение таких волокон в трансплантате и в смежной перивентрикулярной зоне гипоталамуса хозяина [Lehman et al., 1987]. Предполагается, что эти волокна имитируют геникулогипоталамический тракт - один из трех афферентных входов в супрахиазматическое ядро [Ralph et al., 1990; Lehman et al., 1991].
Некоторые трансплантаты получают серотонинергическую иннервацию, источником которой могут быть только нейроны ядра шва. Судя по близким топографическим взаимоотношениям наиболее вероятной мишенью для серотонинергических волокон в трансплантате, как и в нормальных супрахиазматических ядрах, являются ВИП-нейроны.
Функциональная активность трансплантата. Получены прямые доказательства того, что нейроны трансплантата супрахиазматических ядер обладают пейсмекерной активностью. К ним относится более высокий уровень электрической активности и метаболизма глюкозы в нейронах в дневное время, чем ночью [Aguilar-Roblero et al., 1992]. Циркадные ритмы, генерируюгциеся нейронами трансплантата, передаются на эффекторные системы реципиента, что проявляется на уровне целостного организма, например, в виде восстановления циркадных ритмов двигательной активности животных с предварительно разрушенными супрахиазматическими ядрами [Aguilar-Roblero et al., 1986; Lehman et al., 1987; DeCoursey, Buggy, 1989; Viswanathan, Davis, 1995]. Наиболее убедительные доказательства восстановления циркадных ритмов были получены при трансплантации супрахиазматических ядер мутантных хомячков с укороченным циклом в 3-й желудочек хомячков с обычным циклом. При этом двигательная активность реципиентов приобретала ритмичность, характерную для донора [Ralph et al., 1990; Ralph, 1991].
Трансплантация супрахиазматических ядер реципиентам с предварительно разрушенными гомологичными ядрами приводила к восстановлению циркадных ритмов не только двигательной активности, но и других функций, например питьевого поведения [Drucker-CoUn et al., 1984]. Однако это не распространяется на все функции организма. Так, у хомячков, у которых восстанавливались циркадные ритмы двигательной активности, не проявлялись такие ритмы репродуктивной функции [Lehman et al., 1987].
Восстановление циркадных ритмов двигательной активности животных наблюдалось не только после трансплантации целых супрахиазмати-
234
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
ческих ядер в 3-й желудочек, но и после внутрипаренхиматозного введения их суспензии. Это означает, что наблюдаемый физиологический эффект не зависит от структурной интеграции ядер [Silver et al., 1990].
ПЕРСПЕКТИВЫ КЛИНИЧЕСКОЙ НЕЙРОТРАНСПЛАНТАЦИИ ПРИ НЕЙРОЭНДОКРИНОПАТИЯХ
Исследования последних пятнадцати лет показали, что трансплантация эмбрионального гипоталамуса в мозг взрослого реципиента может быть использована для изучения таких фундаментальных проблем нейробиологии и нейроэндокринологии, как нейрогуморальная регуляция направленного роста аксонов дифференцирующихся нейронов, роль эмбриональных факторов (ростовых/нейротрофических и других) в дифференцировке нейронов и в запуске неоваскулогенеза и т.д. Были также получены и важные данные о специфических реципрокных взаимоотношениях между трансплантатом и мозгом хозяина, которые проявляются в: а) трофическом влиянии эмбрионального трансплантата на мозг взрослого реципиента; б) эфферентной иннервации мозга хозяина нейронами трансплантата; в) передаче нейроэндокринных сигналов трансплантата реципиенту через гуморальные среды (ликвор и кровь); в) афферентной иннервации нейронов трансплантата со стороны мозга хозяина [Aronson et al., 1993].
Помимо использования нейротрансплантации для решения фундаментальных нейробиологических задач были предприняты успешные попытки трансплантации специфических популяций нейронов с целью компенсации дефицита определенных нейрогормонов в организме реципиента, что имеет важное прикладное значение для медицины. Однако для дальнейшего внедрения нейротрансплантации в лечении нейроэндокринопатий, обусловленных дефицитом определенных нейрогормонов, необходимо серьезное обоснование преимуществ этого подхода перед традиционной фармакотерапией. Как следует из экспериментальных исследований, к таким преимуществам можно отнести: а) становление регуляции функциональной активности трансплантированных нейронов со стороны хозяина в соответствии с его потребностями в определенном нейрогормоне; б) синтез трансплантированными нейронами молекул препрогормонов, которые являются источником не только известных нейрогормонов, но и других потенциально физиологически активных пептидов; в) возможное выделение в гуморальные среды реципиента нейрогормонов в виде комплекса с пептидом-носителем, пролонгирующим терапевтический эффект; г) возможность реконструкции путей транспорта нейрогормонов в гипофизарную портальную или общую системы циркуляции, а в конечном итоге - к органам и клеткам-мишеням. Важна подчеркнуть, что нейротрансплантация позволяет преодолеть самьи! большой недостаток фармакотерапии - необходимость системного использования синтетических нейрогормонов в высоких концентрациях, вызывающих токсические побочные эффекты и осложнения.
Несмотря на значительные успехи в экспериментальном моделировании нейроэндокринопатий, обусловленных дефицитом нейрогормонов, и компенсации этого дефицита путем трансплантации специфических нейрональ-
235
ных популяций, до сих пор отсутствуют попытки внедрения этого подхода в клинику. Однако в последние годы нейротрансплантацию начали использовать в лечении болезни Паркинсона, хореи Гендингтона и травмы спинного мозга. Наибольший опыт накоплен в случае болезни Паркинсона, которая развивается в результате спонтанной дегенерации дофаминергических нейронов черной субстанции и возникающего при этом дефицита дофамина в стриатуме [Brundin et al., 1990; Bjorklund, 1992]. В свою очередь, дофаминергическая денервация стриатума приводит к двигательным расстройствам: тремору и акинети- ко-ригидному синдрому. В процессе операции в стриатум больного стереотаксически вводят клеточную суспензию зачатка черной субстанции плодов человека, обогащенную дифференцирующимися дофаминергическими нейронами [Угрюмов и др., 1996]. Последующее исследование с помощью позитронноэмиссионной томографии показало, что со временем у оперированных больных происходит увеличение интенсивности включения в стриатум радиоактивно меченного предшественника дофамина - L-ДОФА, введенного в общую циркуляцию [Peschanski et al., 1994]. Это, в свою очередь, означает, что трансплантированные дофаминергические нейроны выживают в мозге реципиента, дифференцируются и начинают синтезировать дофамин. Снижение дефицита дофамина в стриатуме больного в результате нейротрансплантации приводит к улучшению клинической картины, но не к полному выздоровлению. Это проявляется в улучшении двигательной активности больного, повышении эффективности традиционной фармакотерапии L-ДОФА-содержащими препаратами и снижении побочных эффектов этой терапии - так называемых медикаментозных дискинезий [Угрюмов и др., 1996].
Несмотря на несомненный прогресс в использовании нейротрансплантации для лечения болезни Паркинсона, этот подход до сих пор не может быть рекомендован к широкому клиническому применению. Важнейшей причиной является то, что в ряде случаев операция приводит лишь к относительно кратковременному улучшению состояния больного. Учитывая то, что болезнь Паркинсона является гетерогенной с точки зрения этиологии и патогенеза, в перспективе желательно выделить именно те формы, для лечения которых показана пересадка нервной ткани. Кроме того, еще далеко не исчерпаны возможности самой нейротрансплантации. Так, эффект операции может быть существенно улучшен за счет: а) повышения выживаемости и стимуляции дифференцировки трансплантируемых нейронов путем их предварительной обработки ростовыми/трофическими факторами; б) увеличения количества пересаживаемого материала за счет одновременного использования пяти и более плодов человека; в) осуществления одноэтапной двусторонней трансплантации и т.д.
Оценивая перспективы применения нейротрансплантации в лечении болезни Паркинсона, необходимо иметь в виду, что этические проблемы, связанные с использованием эмбрионального человеческого материала, будут все больше обостряться. Поэтому уже сейчас идет поиск альтернативных источников дофамина - по пути ксенотрансплантации эмбрионального материала от животных, скорее всего от свиней. Более гипотетической является перспектива использования для трансплантации клеток с модифицированным геномом, например фибробластов с введенными генами ферментов синтеза дофамина, а также дофаминергических нейронов с введенными генами нейротрофических факторов [Uchida, Тоуа, 1996].
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/
список СОКРАЩЕНИЙ
АКТГ |
- |
адренокортикотропный гормон |
ВИП |
- |
вазоактивный интестинальный полипептид |
ВП |
- |
вазопрессин |
ГАМК |
- |
гамма-аминомасляная кислота |
ГР |
- |
гормон роста |
ГРГ |
- |
гонадотропин-рилизинг гормон |
ИГМСГ - |
ингибитинг-гормон меланоцитстимулирующего гормона |
|
КРГ |
- |
кортикотропин-рилизинг гормон |
ЛГ |
- |
лютеинизирующий гормон |
ЛПТ |
- |
липотропин |
МСГ |
- |
меланоцитстимулирующий гормон |
ОТ |
- |
окситоцин |
ПИГ |
- |
пролактин-ингибитинг гормон |
ПОМК |
- |
проопиомеланокортин |
ТТРГ |
- |
пролактин-рилизинг гормон |
ПРЛ |
- |
пролактин |
РГГР |
- |
рилизинг-гормон гормона роста |
СВ |
- |
срединное возвышение |
СЖК |
- |
свободные жирные кислоты |
СОПТ |
- |
сосудистый орган терминальной пластинки |
СС- соматостатин
СХЯ |
- |
супрахиазматическое ядро |
ТРГ |
- |
тиреотропин-рилизинг гормон |
ТТГ |
- |
тиреотропный гормон |
ФСГ |
- |
фолликулостимулирующий гормон |
ФСГРГ |
- |
фолликулостимулирующий гормон рилизинг-гормона |
1ДНС |
- |
центральная нервная система |
ЛИТЕРАТУРА
Лдамская Е.И., Кузнецова Т.А., Шишкина И В. и др. Взаимосвязь регулятор-
ных влияний серотонина и тестостерона на развитие люлиберин-продуцирующей системы мозга у крыс в пренатальном периоде развития // Онтогенез. 1998. Т. 29, № 1. С. 47-51.
Акмаев И Г. Структурные основы механизмов гипоталамической регуляции эндокринных функций. М.: Наука, 1979. 227 с.
Бабичев В Н. Нейрогормональная регуляция овариального цикла. М.; Медицина, 1984. 237 с.
Бабичев В Н. Нейроэндокринная регуляция репродуктивной функции. Пущино; ОНТИ ПНЦ РАН, 1995. 226 с.
Владимиров С.В., Угрюмое М.В. Супрахиазматическое ядро гипоталамуса: Роль в регуляции циркадианных ритмов, строение, нервные связи, развитие в онтогенезе // Успехи соврем, биологии. 1995. Т. 115, вып. 2. С. 185-197.
Мицкевич М.С. Гормональные регуляции в онтогенезе животных. М.; Наука, 1978. 224 с.
Поленов АЛ. Руководство по нейроэндокринологии. СПб.: ВИР. 1993. 353 с.
Прошлякова Е.В., Румянцева О.Н.. Мицкевич М.С. Изменение содержания те-
стостерона в семенниках плодов кроликов после удаления гипоталамуса (энцефалэктомии) // Бюл. эксперим. биологии и медицины. 1986. Т. 90. С. 728-730.
Сентаготаи Я., Флерко Б., Меш Б., Халас Б. Гипоталамическая регуляция пе-
редней доли гипофиза. Будапешт; АН ВНР, 1965. 353 с.
Угрюмое М.В. Нейроэндокринная регуляция в онтогенезе. М.: Наука, 1989, 248 с.
Угрюмое М.В., Фетисов С.О., Попов А.П. и др. Развитие трансплантата эмб-
рионального медиобазального гипоталамуса в 3-м желудочке мозга взрослой крысы // Изв. РАН. Сер. Б. 1994. Т. 3. С. 340-351.
Угрюмое М.В., Шабалов В.А., Федорова И В. и др. Использование нейротранс-
плантации в лечении болезни Паркинсона // Вест. РАМН. 1996. Т. 8. С. 40-51. Фетисов С.О., Попов А.П., Ефуни Е.С. и др. Экспрессия фенотипа дофаминер-
гических нейронов аркуатного ядра гипоталамуса в трансплантате // Докл, РАН. 1994. Т. 334. С. 124-126,
Ahe ./., Окатига И., Ihata Y. et al. Immunocytochemical demonstration of GAP-like immunoreactive neuronal elements in the human hypothalamus and pituitary // Histochemistry. 1990. Vol. 94. P. 127-133.
Ahe H., Rusak В., Robertson H. Photic induction of Fos protein in the suprachiasmatic nucleus is inhibited by the NMDA receptor antagonist MK-801 // Neuro.sci. Lett. 1991. Vol. 127. P. 9-12.
Acher R. Evolution of neurohormonal peptides: From genetic machinery to functional tailoring // Evolution and tumour pathology of the neuroendocrine system / Ed. S. Falkmer et al. Amsterdam: Elsevier, 1984. P. 181-201.
Acker G.R., Berran ./., Strand F.L. ACTH neuromodulation of the developing motor system and neonatal learning in the rat // Peptides. 1985. Vol. 6, suppl. 2. P. 41-49.
238
Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/