Сара Маккей - Женский мозг: нейробиология здоровья, гормонов и счастья

Половина клеток мозга – это глия. Среди них различают три основных подтипа: астроциты, олигодендроциты и микроглия. Сам термин «глия» происходит от древнегреческого слова, означающего «клей»: некогда считалось, что такие клетки предназначены исключительно для того, чтобы скреплять нейроны. Но глия не просто удерживает структуру мозга. Разные виды глии обеспечивают питание нейронам, вычищают токсины во время сна (астроциты), изолируют аксоны нейронов миелином (олигодендроциты, или шванновские клетки периферийной нервной системы) и действуют как внутренняя иммунная система мозга (микроглия). Глиогенез происходит на протяжении всей жизни человека. На снимках головного мозга по изменению объема или плотности белого вещества можно видеть, как увеличивается или сокращается число олигодендроцитов.

Нейрогенез в мозге взрослого человека изучен не так хорошо. Этот процесс у людей среднего возраста был впервые описан в знаковом исследовании о содержании в атмосфере углерода-14. Этот радиоактивный изотоп углерода активно образовывался при ядерных взрывах и попадал в ДНК. В 1955–1963 годах его концентрация в атмосфере выросла из-за надземных ядерных испытаний во время холодной войны. В воздухе углерод-14 вступает в реакцию с кислородом. Образуется углекислый газ – диоксид углерода СО 2, который растения поглощают в процессе фотосинтеза. Когда мы едим эти растения или мясо питающихся ими животных, углерод-14 попадает в наши клетки. Те делятся, оставляя в ДНК «пометку о дате» деления. У людей, живших в годы холодной войны, все вновь появившиеся нейроны в мозге оказались «помеченными» углеродом-14. Выяснив это, нейробиологи определили, что в гиппокампе каждого человека средних лет ежедневно появляется 700 новых нейронов, маркированных углеродом-14. Гиппокамп (от др.– греч. «морской конек») – центр обучения и памяти мозга, формой он и правда напоминает эту забавную рыбку [31] Eriksson P. S. et al. Neurogenesis in the adult human hippocampus. Nat. Med. 1998; 4 (11): 1313–1317. .

Понятно, что нейрогенез вызывает нешуточный ажиотаж, особенно его перспективы в терапии и борьбе со старением мозга. И правда, кому не понравится, что клетки мозга у нас ежедневно пополняются, а не теряются с возрастом? Но какими бы внушительными ни казались эти цифры, 700 нейронов в день – это всего 0,004 % от общего количества клеток одного типа, содержащихся в гиппокампе. И это в 10 раз ниже, чем у грызунов, которых используют в исследовании неврологических заболеваний. Поэтому некоторые ученые задаются вопросом, какой вклад это сравнительно небольшое количество новорожденных нейронов вносит в сложные формы поведения и психиатрические расстройства [32] Dennis C. V. et al. Human adult neurogenesis across the ages: An immunohistochemical study. Neuropathol. Appl. Neurobiol. 2016; 42 (7): 621–638. . Воодушевления еще немного поубавится, если осознать, что подавляющее большинство исследований нейрогенеза проводилось на подопытных животных, а не на людях. Нам известно, что нейрогенез у грызунов замедляется из-за стресса, депрессии или воспаления и ускоряется благодаря антидепрессантам, физической активности и обучению. Но мы понятия не имеем, происходит ли то же самое с мозгом взрослых людей.

В конце 2015 года в мировой прессе появились сообщения: в Южной Америке, особенно в Бразилии, рождается необычно много младенцев с непропорционально маленькой деформированной головой (микроцефалией). По этому поводу высказывались разные гипотезы, но большинство свидетельств указывало на вспышку вируса Зика как возможную причину. Эту инфекцию переносят комары. Столицей летней Олимпиады 2016 года стал Рио-де-Жанейро, и многие туристы и спортсмены даже подумывали пропустить игры, чтобы не заразиться.

Оказалось, что вирус Зика поражает клетки мозга определенного типа, которые называются радиальной глией. Эта структура выступает в роли нервных стволовых клеток, а еще вдоль нее мигрируют новорожденные нейроны. На поперечном сечении развивающейся нервной трубки видно, что радиальная глия располагается в толще стенки, поперек трубки, – как спицы в колесе велосипеда. Появившись, нейроны движутся внутри трубки вдоль радиальной глии, пока не займут свое место. Каждый новорожденный нейрон проползает по своим собратьям, которые уже закрепились. Так шесть слоев коры головного мозга наращиваются изнутри наружу. Дата рождения нейрона определяет его «почтовый индекс» – место, где он окажется. Полностью выполнив свою функцию в развитии, радиальная глия втягивает отростки, сворачивается в шар и превращается в астроциты.

Сегодня, когда я пишу эти строки, исследования показали: если беременная женщина заражается вирусом Зика, инфекция проникает в радиальную глию плода и вызывает врожденные пороки. Клетки радиальной глии перестают расти, делиться и не выживают. В итоге сокращается численность нейронов, рождающихся и мигрирующих на свои позиции. Возможно, именно поэтому младенцы рождаются с явно недоразвитым мозгом [33] Wu J. et al. Available evidence of association between Zika virus and microcephaly. Chin. Med. J. (Engl.) 2016; 129 (19): 2347–2356. , [34] Wu K. Y. et al. Vertical transmission of Zika virus targeting the radial glial cells affects cortex development of offspring mice. Cell Res. 2016; 26 (6): 645–654. .

При нормальной беременности значительная часть нейрогенеза завершается к пятому-шестому месяцам. А затем происходит кое-что неожиданное: половина родившихся нейронов умирает.

Нейроны погибают в ходе апоптоза (от др.– греч. слова, означающего «листопад»). Это процесс клеточного суицида, который строго регулируется. Апоптоз кажется нерациональным, но он позволяет установить окончательное число нейронов и глиальных клеток и распределить нейроны по целям, которые им предстоит иннервировать, связать с нервной системой. Легче всего представить, зачем нужен апоптоз, на примере других тканей. Сначала рука ребенка – сплющенная, с перепонками, похожа на утиную лапу. Чтобы появились человеческие пальцы, клетки перепонки сжимаются и отмирают.

«Мозг – это мир, состоящий из неизведанных материков и неизвестных протяженных территорий», – писал Сантьяго Рамон-и-Кахаль, удостоенный в 1906 году Нобелевской премии по физиологии и медицине. Испанского врача и гистолога часто называют крестным отцом современной нейробиологии.

Кахаль прав. После рождения и миграции к конечному пункту все выжившие нейроны, не приговоренные к апоптозу, пускают отростки. Многие из этих отростков, называемых дендритами, внешне похожи на ветки дерева и действуют как приемные устройства – получают сигналы от других нейронов. Аксон – это устройство вывода нейрона. Длинный и тонкий, похожий на лиану отросток, который передает электрические сигналы от клеточного тела нейрона. Как только нейрон осваивается в своем доме и обзаводится отростками, аксон отправляется в путешествие.