Знание-сила, 2008 № 09 (975)

Осталось выяснить, как же все-таки обстоит дело с человеком. Здесь возникает большая методическая трудность — человека нельзя содержать в определенных условиях среды, а самое главное — регистрировать появление в его мозгу новых нейронов стандартными методами. Новые нейроны в мозгу мышей обнаружить гораздо проще — надо ввести мыши радиоактивный предшественник какого-нибудь нуклеотида, обычно используется аналог тимидина бромодеоксиуридин, и через некоторое время мышь забить, приготовить гистологический срез мозга и посмотреть — есть ли в определенных районах этого мозга радиоактивная метка. Если метка есть — значит, клетка, содержащая ее, как раз делилась в то время, когда метку ввели в организм животного. И значит, содержащая клетку метка — новая, недавно образованная.

Фред Гейг из университета Ла Джола в Калифорнии сумел обойти эти трудности, воспользовавшись неожиданным способом. Бромдеоксиуридин также используется в лечении раковых больных для того, чтобы установить, делятся ли клетки опухоли. Фреду Гейгу удалось получить срезы гиппокампа пяти больных чешуйчатой карциномой, умерших от 16-го до 781-го дня после однократной внутривенной инъекции бромдеоксиуридина. На всех пяти препаратах метка была найдена в гранулярном слое зубчатой фасции гиппокампа. Было доказано, что — да, образовавшиеся клетки — нейроны.

Ну хорошо, в гиппокампе взрослого животного и человека образуются новые нейроны. Откуда же они берутся, если взрослый нейрон не размножается? Видимо, они происходят из каких-то клеток-предшественников, расположенных неподалеку. В гиппокампе есть такие клетки, так называемые покоящиеся нейральные предшественники (quescent neural progenitors). Они делятся, и дочерние клетки дают начало другой популяции клеток — размножающихся нейральных предшественников (amplifying neural progenitors). Оба эти типа клеток имеют собирательное название — нервные стволовые клетки. Они дают начало всем типам клеток в головном мозгу — и нейронам, и клеткам глии — астроцитам и олигодендроцитам. Зрелый нейрон получается из стволовой клетки не сразу — сначала он проходит стадии нейробласта, потом незрелого нейрона, и наконец — зрелого, имеющего разветвленную сеть клеточных контактов.

На нейрогенез во взрослом мозгу влияет множество факторов окружающей среды. В условиях стресса образование новых нейронов подавляется, угнетают нейрогенез гормоны стресса — глюкокортикоиды. Если животному, находящемуся в состоянии стресса, удалить надпочечники — главные производители глюкокортикоидов, нейрогенез в гиппокампе происходит нормально. И наоборот, введение кортикоидов животному, на которое стрессовые факторы не действуют, вызывает у него угнетение образования новых нейронов.

Стресс у лабораторных животных изучают самыми разными способами. Для молодых крысят стрессовый фактор — это запах неродственного самца, поскольку в естественных условиях самец крысы поедает чужих ему детенышей. Можно также содержать животных в условиях скученности, лишать их сна. Для нейрогенеза не важно, что именно вызвало стресс, важно — повышение уровня глюкокортикоидов. В течение жизни уровень этих гормонов меняется. У молодых крыс даже при сильном стрессе уровень гормона повышается мало, тогда как у старых — наоборот, даже незначительное ухудшение условий провоцирует подъем уровня глюкокортикоидов. И нейрогенез в гиппокампе у молодых крыс идет гораздо лучше, чем у старых — вот и физиологическое обоснование юношеского бесстрашия и хорошей обучаемости.

Такая связь нейрогенеза с условиями жизни животного заставляет предположить наличие какой-то физиологической роли у вновь образующихся нейронов. В условиях лаборатории, при содержании в бедной стимулами окружающей среде, большинство вновь образовавшихся нейронов погибает. И наоборот, в дикой природе или в клетках с обогащенной внутренней средой — с игрушками, лабиринтами, не всегда доступной пищей — вновь образовавшиеся нейроны живут долго. У самок крыс на нейрогенез влияет и гормональный фон, в фазе течки (эструса) образование новых нейронов усиливается. Такая зависимость может иметь физиологический смысл — вслед за эструсом в природе наступает беременность, а затем и выкармливание потомства, которому понадобится больше пищи. Новые нейроны помогут лучше ориентироваться в пространстве, лучше соображать, а значит, лучше питаться.

Если перейти от крыс к человеку, можно вспомнить данные о большой роли гиппокампа в формировании кратковременной памяти. Гиппокамп уменьшается при синдроме Корсакова, при болезни Альцгеймера — оба эти заболевания характеризуются разрушением кратковременной памяти. Точно такой же эффект наблюдается при депрессии — у лиц, страдающих глубокой депрессией, гиппокамп уменьшен.

Естественно, возникла мысль — посмотреть, действуют ли на нейрогенез в гиппокампе препараты, применяемые для борьбы с депрессией. Оказалось, что знаменитый антидепрессант флуоксетин (его коммерческое название «прозак») увеличивает нейрогенез в гиппокампе подопытных животных. Причем такой эффект он оказывает только на гиппокамп, другая область мозга, где также происходит нейрогенез — субвентрикулярная область, на прозак не реагирует. Возникает вопрос: на какой стадии дифференцировки нейрона прозак увеличивает нейрогенез? Чего становится больше — нейральных стволовых клеток или предшественников нейронов?

Ответить на эти вопросы помогли трансгенные линии мышей. Американские ученые из лаборатории Григория Ениколопова в Колд Спринг Харбор создали несколько линий мышей, у которых молекулы, характеризующие определенные клеточные линии, были соединены с зеленым светящимся белком. У одной линии зеленым светом на срезах мозга светились покоящиеся предшественники нейронов, у другой — размножающиеся. Оказалось, что прозак действует именно на размножающихся предшественников, заставляя их поделиться большее число раз, прежде чем встать на путь превращения в нейроны. Этим и объясняется длительный промежуток времени между началом приема прозака и улучшением состояния больного — должно пройти время, достаточное для созревания нейронов.

И все-таки хотелось бы посмотреть, как действует прозак именно на человека. Мышиные методики здесь не годятся, делать трансгенных людей и вгонять в депрессию никто не разрешит. Нужно искать другой путь. На помощь пришла магнитно-резонансная томография. Она позволяет увидеть отдельные работающие нейроны и в последнее время широко применяется в исследованиях человеческого мозга и поведения. Видеть активно работающие нейроны с ее помощью можно, но магнитно-резонансная томография не дает ответа на вопрос — что это за клетки, как давно они образовались. Здесь может помочь другой способ визуализации процессов в живых тканях — протонная магнитнорезонансная спектроскопия. Она позволяет идентифицировать отдельные молекулы, характерные для разных клеток. Клетки — нейральные предшественники несут на своей поверхности особый белок нестин, служащий биомаркером стволовых клеток. В живом человеческом мозгу уровень сигнала, подаваемого на прибор мечеными клетками, низок, и стандартные методы анализа не позволяют отличить значимые величины от шума. Новый метод анализа изображений — сингулярное разложение сигнала — позволил обойти эту трудность. Оказалось, что в живом человеческом мозгу хорошо распознаются клетки, содержащие белок нестин, то есть стволовые. И расположены они именно там, где и должны быть — в зубчатой фасции гиппокампа. Мало того, точно так же, как у стареющих крыс, у людей число размножающихся нейральных предшественников уменьшается с возрастом.