Регенерация аксонов это

From Wikipedia, the free encyclopedia

Neuroregeneration refers to the regrowth or repair of nervous tissues, cells or cell products. Such mechanisms may include generation of new neurons, glia, axons, myelin, or synapses. Neuroregeneration differs between the peripheral nervous system (PNS) and the central nervous system (CNS) by the functional mechanisms involved, especially in the extent and speed of repair. When an axon is damaged, the distal segment undergoes Wallerian degeneration, losing its myelin sheath. The proximal segment can either die by apoptosis or undergo the chromatolytic reaction, which is an attempt at repair. In the CNS, synaptic stripping occurs as glial foot processes invade the dead synapse.^[1]

Nervous system injuries affect over 90,000 people every year.^[2] It is estimated that spinal cord injuries alone affect 10,000 each year.^[3] As a result of this high incidence of neurological injuries, nerve regeneration and repair, a subfield of neural tissue engineering, is becoming a rapidly growing field dedicated to the discovery of new ways to recover nerve functionality after injury. The nervous system is divided into two parts: the central nervous system, which consists of the brain and spinal cord, and the peripheral nervous system, which consists of cranial and spinal nerves along with their associated ganglia. While the peripheral nervous system has an intrinsic ability for repair and regeneration, the central nervous system is, for the most part, incapable of self-repair and regeneration. There is currently no treatment for recovering human nerve function after injury to the central nervous system.^[4] In addition, multiple attempts at nerve re-growth across the PNS-CNS transition have not been successful.^[4] There is simply not enough knowledge about regeneration in the central nervous system. In addition, although the peripheral nervous system has the capability for regeneration, much research still needs to be done to optimize the environment for maximum regrowth potential. Neuroregeneration is important clinically, as it is part of the pathogenesis of many diseases, including multiple sclerosis.

Peripheral nervous system regeneration[edit]

Neuroregeneration in the peripheral nervous system (PNS) occurs to a significant degree.^[5][6] After an injury to the axon, peripheral neurons activate a variety of signaling pathways which turn on pro-growth genes, leading to reformation of a functional growth cone and regeneration. The growth of these axons is also governed by chemotactic factors secreted from Schwann cells. Injury to the peripheral nervous system immediately elicits the migration of phagocytes, Schwann cells, and macrophages to the lesion site in order to clear away debris such as damaged tissue which is inhibitory to regeneration. When a nerve axon is severed, the end still attached to the cell body is labeled the proximal segment, while the other end is called the distal segment. After injury, the proximal end swells and experiences some retrograde degeneration, but once the debris is cleared, it begins to sprout axons and the presence of growth cones can be detected. The proximal axons are able to regrow as long as the cell body is intact, and they have made contact with the Schwann cells in the endoneurium (also known as the endoneurial tube or channel). Human axon growth rates can reach 2 mm/day in small nerves and 5 mm/day in large nerves.^[4] The distal segment, however, experiences Wallerian degeneration within hours of the injury; the axons and myelin degenerate, but the endoneurium remains. In the later stages of regeneration the remaining endoneurial tube directs axon growth back to the correct targets. During Wallerian degeneration, Schwann cells grow in ordered columns along the endoneurial tube, creating a band of Büngner cells that protects and preserves the endoneurial channel. Also, macrophages and Schwann cells release neurotrophic factors that enhance re-growth.

Central nervous system regeneration[edit]

Unlike peripheral nervous system injury, injury to the central nervous system is not followed by extensive regeneration. It is limited by the inhibitory influences of the glial and extracellular environment. The hostile, non-permissive growth environment is, in part, created by the migration of myelin-associated inhibitors, astrocytes, oligodendrocytes, oligodendrocyte precursors, and microglia. The environment within the CNS, especially following trauma, counteracts the repair of myelin and neurons. Growth factors are not expressed or re-expressed; for instance, the extracellular matrix is lacking laminins. Glial scars rapidly form, and the glia actually produce factors that inhibit remyelination and axon repair; for instance, NOGO and NI-35.^[6][7][8] The axons themselves also lose the potential for growth with age, due to a decrease in GAP43 expression, among others.

Slower degeneration of the distal segment than that which occurs in the peripheral nervous system also contributes to the inhibitory environment because inhibitory myelin and axonal debris are not cleared away as quickly. All these factors contribute to the formation of what is known as a glial scar, which axons cannot grow across. The proximal segment attempts to regenerate after injury, but its growth is hindered by the environment. It is important to note that central nervous system axons have been proven to regrow in permissive environments; therefore, the primary problem to central nervous system axonal regeneration is crossing or eliminating the inhibitory lesion site.^[4] Another problem is that the morphology and functional properties of central nervous system neurons are highly complex, for this reason a neuron functionally identical cannot be replaced by one of another type (Llinás’ law).^[9]

Inhibition of axonal regrowth[edit]

Glial cell scar formation is induced following damage to the nervous system. In the central nervous system, this glial scar formation significantly inhibits nerve regeneration, which leads to a loss of function. Several families of molecules are released that promote and drive glial scar formation. For instance, transforming growth factors B-1 and -2, interleukins, and cytokines play a role in the initiation of scar formation. The accumulation of reactive astrocytes at the site of injury and the up regulation of molecules that are inhibitory for neurite outgrowth contribute to the failure of neuroregeneration.^[10] The up-regulated molecules alter the composition of the extracellular matrix in a way that has been shown to inhibit neurite outgrowth extension. This scar formation involves several cell types and families of molecules.

Chondroitin sulfate proteoglycan[edit]

In response to scar-inducing factors, astrocytes up regulate the production of chondroitin sulfate proteoglycans. Astrocytes are a predominant type of glial cell in the central nervous system that provide many functions including damage mitigation, repair, and glial scar formation.^[11] The RhoA pathway is involved. Chondroitin sulfate proteoglycans (CSPGs) have been shown to be up regulated in the central nervous system (CNS) following injury. Repeating disaccharides of glucuronic acid and galactosamine, glycosaminoglycans (CS-GAGs), are covalently coupled to the protein core CSPGs. CSPGs have been shown to inhibit regeneration in vitro and in vivo, but the role that the CSPG core protein vs. CS-GAGs had not been studied until recently.

Keratan sulfate proteoglycans[edit]

Like the chondroitin sulfate proteoglycans, keratan sulfate proteoglycan (KSPG) production is up regulated in reactive astrocytes as part of glial scar formation. KSPGs have also been shown to inhibit neurite outgrowth extension, limiting nerve regeneration. Keratan sulfate, also called keratosulfate, is formed from repeating disaccharide galactose units and N-acetylglucosamines. It is also 6-sulfated. This sulfation is crucial to the elongation of the keratan sulfate chain. A study was done using N-acetylglucosamine 6-O-sulfotransferase-1 deficient mice. The wild type mouse showed a significant up regulation of mRNA expressing N-acetylglucosamine 6-O-sulfotransferase-1 at the site of cortical injury. However, in the N-acetylglucosamine 6-O-sulfotransferase-1 deficient mice, the expression of keratan sulfate was significantly decreased when compared to the wild type mice. Similarly, glial scar formation was significantly reduced in the N-acetylglucosamine 6-O-sulfotransferase-1 mice, and as a result, nerve regeneration was less inhibited.^[10]

Other inhibitory factors[edit]

Proteins of oligodendritic or glial debris origin that influence neuroregeneration:

• NOGO –The protein family Nogo, particularly Nogo-A, has been identified as an inhibitor of remyelination in the CNS, especially in autoimmune mediated demyelination, such as found in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), and multiple sclerosis (MS). Nogo A functions via either its amino-Nogo terminus through an unknown receptor, or by its Nogo-66 terminus through NgR1, p75, TROY or LINGO1. Antagonising this inhibitor results in improved remyelination, as it is involved in the RhoA pathway.^[6]
• NI-35 a non-permissive growth factor from myelin.
• MAG –Myelin-associated glycoprotein acts via the receptors NgR2, GT1b, NgR1, p75, TROY and LINGO1.
• OMgp –Oligodendrocyte myelin glycoprotein
• Ephrin B3 functions through the EphA4 receptor and inhibits remyelination.^[6]
• Sema 4D(Semaphorin 4D) functions through the PlexinB1 receptor and inhibits remyelination.^[6]
• Sema 3A (Semaphorin 3A) is present in the scar that forms in both central nervous system^[12][13] and peripheral nerve injuries ^[14] and contributes to the outgrowth-inhibitory properties of these scars

Clinical treatments[edit]

Neurons replacement[edit]

in vivo glias to neurons reprogramming[edit]

Transcription factors, activation of genes (using CRISPR activation^[15]) or small molecules are used to reprogram glias into neurons.

The most commonly targeted glias are astrocytes (usually using GFAP) because they share the same lineage as neurons and region—specific transcription signatures,^[16] while the vector used is typically an adeno-associated virus because some serotypes pass the blood brain barrier and it does not cause disease.

Targeted genes usually depends on the type of neuron seeked (NGN2 is known to produce glutamatergic, ASCL1: GABAergic…) ; RBPJ-k block the Notch pathway and elicit a neurogenic program^[17] and Sox2 can also increase reprograming efficiency by causing a dedifferentiation and self-amplification phase before maturating as neurons.

While theses techniques show lot of promises in animal models to many otherwise incurable neurodegenerative diseases and brain injuries, no clinical trials have started as of 2023.

Neural stem cells grafting[edit]

Tissue regrowth[edit]

Peripheral[edit]

Surgery[edit]

Surgery can be done in case a peripheral nerve has become cut or otherwise divided. This is called peripheral nerve reconstruction. The injured nerve is identified and exposed so that normal nerve tissue can be examined above and below the level of injury, usually with magnification, using either loupes or an operating microscope. If a large segment of nerve is harmed, as can happen in a crush or stretch injury, the nerve will need to be exposed over a larger area. Injured portions of the nerve are removed. The cut nerve endings are then carefully reapproximated using very small sutures. The nerve repair must be covered by healthy tissue, which can be as simple as closing the skin or it can require moving skin or muscle to provide healthy padded coverage over the nerve.^[18] The type of anesthesia used depends on the complexity of the injury. A surgical tourniquet is almost always used.^[18]

Prognosis[edit]

The expectations after surgical repair of a divided peripheral nerve depends on several factors:

• Age: Recovery of a nerve after surgical repair depends mainly on the age of the patient. Young children can recover close-to-normal nerve function. In contrast, a patient over 60 years old with a cut nerve in the hand would expect to recover only protective sensation; that is, the ability to distinguish hot/cold or sharp/dull.^[18]
• The mechanism of injury: Sharp injuries, such as a knife wound, damage only a very short segment of the nerve, availing for direct suture. In contrast, nerves that are divided by stretch or crush may be damaged over long segments. These nerve injuries are more difficult to treat and generally have a poorer outcome. In addition, associated injuries, like injury to bone, muscle and skin, can make nerve recovery more difficult.^[18]
• The level of injury: After a nerve is repaired, the regenerating nerve endings must grow all the way to their target. For example, a nerve injured at the wrist that normally provides sensation to the thumb must grow to the end of the thumb in order to provide sensation. The return of function decreases with increased distance over which a nerve must grow.^[18]

Autologous nerve grafting[edit]

Currently, autologous nerve grafting, or a nerve autograft, is known as the gold standard for clinical treatments used to repair large lesion gaps in the peripheral nervous system. It is important that nerves are not repaired under tension,^[18] which could otherwise happen if cut ends are reapproximated across a gap. Nerve segments are taken from another part of the body (the donor site) and inserted into the lesion to provide endoneurial tubes for axonal regeneration across the gap. However, this is not a perfect treatment; often the outcome is only limited function recovery. Also, partial de-innervation is frequently experienced at the donor site, and multiple surgeries are required to harvest the tissue and implant it.

When appropriate, a nearby donor may be used to supply innervation to lesioned nerves. Trauma to the donor can be minimized by utilizing a technique known as end-to-side repair. In this procedure, an epineurial window is created in the donor nerve and the proximal stump of the lesioned nerve is sutured over the window. Regenerating axons are redirected into the stump. Efficacy of this technique is partially dependent upon the degree of partial neurectomy performed on the donor, with increasing degrees of neurectomy giving rise to increasing axon regeneration within the lesioned nerve, but with the consequence of increasing deficit to the donor.^[19]

Some evidence suggests that local delivery of soluble neurotrophic factors at the site of autologous nerve grafting may enhance axon regeneration within the graft and help expedite functional recovery of a paralyzed target.^[20][21] Other evidence suggests that gene-therapy induced expression of neurotrophic factors within the target muscle itself can also help enhance axon regeneration.^[22][23] Accelerating neuroregeneration and the reinnervation of a denervated target is critically important in order to reduce the possibility of permanent paralysis due to muscular atrophy.

Allografts and xenografts[edit]

Variations on the nerve autograft include the allograft and the xenograft. In allografts, the tissue for the graft is taken from another person, the donor, and implanted in the recipient. Xenografts involve taking donor tissue from another species. Allografts and xenografts have the same disadvantages as autografts, but in addition, tissue rejection from immune responses must also be taken into account. Often immunosuppression is required with these grafts. Disease transmission also becomes a factor when introducing tissue from another person or animal. Overall, allografts and xenografts do not match the quality of outcomes seen with autografts, but they are necessary when there is a lack of autologous nerve tissue.

Nerve guidance conduit[edit]

Because of the limited functionality received from autografts, the current gold standard for nerve regeneration and repair, recent neural tissue engineering research has focused on the development of bioartificial nerve guidance conduits in order to guide axonal regrowth. The creation of artificial nerve conduits is also known as entubulation because the nerve ends and intervening gap are enclosed within a tube composed of biological or synthetic materials.^[24]

Immunisation[edit]

A direction of research is towards the use of drugs that target remyelinating inhibitor proteins, or other inhibitors. Possible strategies include vaccination against these proteins (active immunisation), or treatment with previously created antibodies (passive immunisation). These strategies appear promising on animal models with experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), a model of MS.^[25]
Monoclonal antibodies have also been used against inhibitory factors such as NI-35 and NOGO.^[26]

See also[edit]

• PTEN
• Muscle LIM protein
• Microtubule detyrosination
• Myelinogenesis
• Neuroprotection
• Spinal cord injury research

References[edit]

Further reading[edit]

Функциональное восстановление ЦНС после повреждений ограничено неспособностью нейронов и аксонов к регенерации. При этом аксоны периферической нервной системы (ПНС) регенерируют достаточно хорошо и полно, аксоны ЦНС — в минимальной степени [1—3]. Необратимая дегенерация аксонов нейронов головного и спинного мозга — ведущая причина неизлечимости тяжелых повреждений ЦНС, а также нейродегенеративных заболеваний.

Дегенерация аксонов является анатомической основой патогенеза многих заболеваний ЦНС и ПНС, с ней связан неврологический дефицит, а его регресс — с возможностью регенерации осевых цилиндров. Вторичная демиелинизация развивается как типовая реакция на повреждение нервной ткани и способствует углублению аксонального повреждения. Демиелинизированные аксоны еще хуже проводят нервный импульс, т. е. вторичная демиелинизация ухудшает течение аксонопатии и способствует углублению неврологического дефицита. Однако миелин ЦНС и ПНС различен: в ЦНС это продукт клеток олигодендроглии, в ПНС — шванновских. Различаются и регенераторные возможности: если периферические нервы относительно быстро и полно регенерируют, то проводящие пути ЦНС (например, кортикоспинальные тракты) восстанавливаются медленно и неполно. Одна из причин этого — наличие в ЦНС ингибиторов аксонального роста, связанных с миелином, глией и межклеточным матриксом. Молекулы-ингибиторы аксонального роста играют важную роль в эмбриогенезе и развитии ЦНС млекопитающих, но у взрослых препятствуют регенерации аксонов. В настоящее время молекулы-ингибиторы аксонального роста являются объектом углубленного изучения, разрабатываются лекарственные препараты, нейтрализующие эти влияния.

Известно, что неспособностью к регенерации обладают только аксоны ЦНС взрослых высших млекопитающих, у более примитивных животных, а также на ранних стадиях онтогенеза у плодов эта способность сохранена [2, 4, 5]. Хорошей нейропластичностью после повреждений и заболеваний ЦНС обладают дети, причем тем лучшей, чем в более раннем возрасте получено данное повреждение. Потеря способности аксонов ЦНС к регенерации совпадает по времени с дифференцировкой клеток глии [2, 5]. Непосредственное окружение нейронов и аксонов (олигодендро- и астроцитарная глия, а также миелин) содержат молекулы-ингибиторы роста аксонов, к которым относятся миелинассоциированные ингибиторы роста аксонов [6] и сульфатированные сахара экстрацеллюлярного матрикса [7].

Настоящий обзор посвящен ингибиторам роста аксонов в ЦНС, их роли в норме и при различных видах патологии.

Аксональная регенерация в ЦНС ограничена множеством ингибиторных молекул, связанных с глией и миелином. Эти ингибиторы стимулируют внутриклеточный сигнальный Rho-механизм — единый путь торможения регенерации аксонов в ЦНС, «запускаемый» повреждениями аксонов и глии [8, 9]. Все ингибиторные молекулы действуют именно через этот механизм.

RhoA — малая ГТФаза, активированная форма которой представляет собой серин/тирозинпротеинкиназу (RhoA-киназа, ROCK). Rho-ROCK-механизм связан с такими функциями нейронов, как миграция, рост дендритов и аксонов, нейропластичность, причем оказывает на них именно тормозящее действие. Этот механизм играет важную роль в патогенезе повреждений спинного и головного мозга, а также нейродегенеративных заболеваний [8—10].

В последние годы проясняется физиологическая роль Rho-ROCK [11], связанная с локомоциями клеток. Локомоция клеток осуществляется посредством псевдоподиальной активности и представляет собой координированный циклический процесс, включающий выпячивание (протрузия) псевдоподий на переднем крае клетки, их прикрепление к внеклеточному матриксу, центростремительное натяжение прикрепившихся псевдоподий, освобождение от контактов с матриксом задней (хвостовая) части клетки. Движущаяся клетка приобретает «локомоторный фенотип»: она сильно поляризована, ее передняя часть имеет вид широкой и тонкой пластинки, по краю которой непрерывно образуются псевдоподии, противоположная часть клетки ретрактирована. Образование псевдоподий обусловлено полимеризацией актиновых микрофиламентов на концах, обращенных к плазматической мембране клетки, наращивание которых создает толкающую силу, «выпячивающую» участок мембраны в виде широкой ламеллоподии или нитевидной филоподии. Важную роль в локомоции клеток выполняют также микротрубочки, по ним к псевдоподии транспортируются вещества, необходимые для роста актиновых микрофиламентов, они также способствуют «разбору» слишком увеличившихся в размерах фокальных контактов, что позволяет мигрирующим клеткам ликвидировать старые участки прикрепления [12].

Для передвижения клеток необходимо воздействие специфических цитокинов — факторов роста и связывания интегриновых рецепторов с внеклеточным матриксом. Передача сигналов от рецепторов факторов роста и интегринов контролирует не только пролиферацию клеток, но и их локомоцию, поэтому многие факторы роста являются митогенами-мотогенами. К митогенам-мотогенам относятся тромбоцитарный и эпидермальный факторы роста (PDGF и EGF), фактор роста фибробластов (FGF), «рассеивающий» фактор (scatter factor, HGF/SF) и др. Связывание митогенов-мотогенов со своими рецепторами включает как митогенную Ras-Raf-МАР-киназную сигнальную цепь, так и «морфогеную» сигнальную цепь от активированного Ras, в которой сигнал передается через фосфатидилинозит-3-киназу (PI3K) на группу белков, играющих ключевую роль в контроле над организацией и динамикой цитоскелетных систем, актиновых микрофиламентов и микротрубочек. Это G-белки, или малые ГТФазы, семейства Rho, действующие как молекулярные «двусторонние переключатели», попеременно то переходя в активное состояние при связывании с ГТФ, то теряя активность в результате гидролиза ГТФ до ГДФ. В активном состоянии G-белки семейства Rho участвуют в передаче сигналов от рецепторов факторов роста и интегриновых. Активация малых ГТФаз стимулирует сборку актиновых микрофиламентов, усиливает их контрактильность, способствует формированию стресс-фибрилл и связанных с ними фокальных контактов (белок Rho), стимулирует полимеризацию актина на плюс-концах разветвляющихся микрофиламентов, что создает толкающую силу, формирующую ламеллоподию (белок Racl) [12—14].

Таким образом, суперсемейство малых ГТФаз является одним из ключевых регуляторов множества сигнальных путей у эукариот [15]. К нему относится и семейство Rho ГТФаз, играющих важную роль в эмбриогенезе и регенерации ЦНС. К настоящему времени в семействе Rho насчитывают 20 белков, разделяемых на восемь подсемейств. Rho ГТФазы участвуют в различных физио- и патологических процессах — эмбрио-, митогенезе, росте и дифференцировке клеток, фокальных контактах регенерации, контракции. Соответственно высока клиническая важность изучения Rho ГТФазы — с их функционированием связаны гипертонус гладких и скелетных мышц (при артериальной и хронической легочной гипертензии, вариантной стенокардии, глаукоме и др.), нарушения клеточной дифференцировки (при новообразованиях), проблемы регенерации клеток (в частности, при повреждениях нервной ткани и нейродегенеративных заболеваниях) [16, 17]. При повреждениях ЦНС и нейродегенерациях активация RhoA и ROCK является ключевым элементом прекращения роста аксонов, тормозит элонгацию конуса аксона, блокирует спратинг нейритов [18]. Экспериментально доказано [19], что химическая блокада Rho-ROCK-механизма меняет ингибиторные эффекты ROCK in vitro и способствует аксональной регенерации in vivo.

Рост аксонов осуществляется конусами роста — расширениями терминалей нервных волокон. Их ультраструктура отличается очень высокой концентрацией ряда органелл (микротрубочки, микрофиламенты, митохондрии, гранулярный ретикулум, лизо- и рибосомы), включает многочисленные вакуоли, что является показателем активного пиноцитоза экзогенных белков. Направление роста аксонов определяется процессом узнавания, который реализуется посредством избирательного адгезивного взаимодействия между конусами роста и окружающим их субстратом. Узнавание обеспечивают молекулы адгезии, которые встроены в плазмолемму ламелло- и филоподий и взаимодействуют с комплементарными молекулами во внеклеточном матриксе. Рост аксонов происходит по градиенту концентрации специфических химических факторов, вырабатываемых в органах-мишенях. Соответственно рост аксонов направляется и регулируется в том числе молекулами экстрацеллюлярного матрикса [19].

В 1985 г. М. Schwab и Н. Thoenen [20] изучали различия в процессах восстановления: культивировали симпатические и сенсорные нейроны в обогащенной ростовыми факторами среде и регистрировали рост отростков нейритов. Они зафиксировали рост волокон седалищного (принадлежат ПНС), но не зрительного (относятся к ЦНС) нерва. Авторы предположили, что в ЦНС содержатся ингибиторные молекулы, тормозящие регенерацию аксонов. М. Schwab и D. Bartholdi [21] продолжили поиски молекул, ингибирующих рост аксонов в ЦНС, учитывая, что наиболее ярким отличием повреждений ЦНС от ПНС является активация астро- и олигодендроцитов с формированием глиального рубца, в состав которого входят потенциально ингибиторные молекулы (например, NG2-хондроитин-сульфат-протеогликан).

В 1988 г. Р. Caroni и М. Schwab [22] обнаружили ген Nogo, продуктом которого является белок, ингибирующий регенерацию аксонов. Белок Nogo существует в трех изоформах, но только Nogo-A, экспрессируемый олигодендроцитами, связан с миелином ЦНС. Nogo-A имеет молекулярную массу 220—250 кД, является нормальным компонентом миелина олигодендроцитов и играет в норме ведущую роль в направлении аксонального роста в процессе онтогенеза и подавлении нейропластичности. Структурно-функциональные особенности Nogo-A включают два ингибиторных домена: N-терминальный, отсутствующий у изоформ Nogo-B и -C, и 66-аминокислотный конец (Nogo-66), присутствующий у всех трех изоформ. Оба этих сегмента белка Nogo-A потенциально могут участвовать в ингибировании аксонального роста, но Nogo-66 работает именно при повреждении миелина и олигодендроцитов [21, 23—25]. У нокаутных по Nogo-A мышей одни авторы [26] обнаружили «драматический» эффект регенерации аксонов, однако другие [27, 28] — не выявили подобного эффекта. Это заставило предполагать, что Nogo-A является не единственным ингибитором роста аксонов.

В дополнение к Nogo-A были выделены еще два миелинассоциированных ингибитора роста аксонов — миелинассоциированный гликопротеин (myelin-associated glycoprotein — MAG) и олигодендроцит-миелиновый гликопротеин (oligodendrocyte-myelin glycoprotein — OMgp). MAG был выделен в 1994 г. независимо в лабораториях M. Filbin и L. McKerracher [29—31]; он очень активно ингибирует рост аксонов in vitro, но нокаутные по MAG мыши также не показывают значимый регенерации аксонов [32—34].

Важным моментом в понимании механизмов регенерации аксонов стало обнаружение рецептора Nogo-66 (NgR) А. Fournier и соавт. [35, 36]. NgR располагается на поверхности аксонов, дополнительно поддерживается трансмембранными белками, например трансмембранный протеин p75 является рецептором для семейства нейротрофинов и специфически взаимодействует с NgR [23, 34, 35]. NgR, p75 и Lingo-1 (еще один трансмембранный протеин) формируют рецепторный комплекс для ингибиторной активности компонентов миелина. Три основные связанные с миелином молекулы, ингибирующие рост аксонов (Nogo-A, MAG и ОМ гликопротеины), действуют через этот рецепторный комплекс [32—34]. Его сигнальный эффект активирует малую ГТФазу Rho (через Nogo-66 рецептор NgR и трансмембранные рецепторы нейротрофинов). Через этот рецепторный комплекс миелинассоциированные протеины, другие ингибиторные молекулы экстрацеллюлярного матрикса и сам компактный миелин стимулируют экспрессию генов, вызывают активацию MAP-киназы и ROCK [36]. Результатом является влияние на цитоскелет аксона и торможение роста аксонального конуса [6, 11].

В дальнейшем, помимо миелинассоциированных протеинов, были идентифицированы и другие ингибиторные молекулы экстрацеллюлярного матрикса, обладающие свойством ограничивать рост нейритов: эфрины, семафорины, протеогликаны и др. [34]. На торможение роста аксонов и элонгацию аксонального конуса влияют и сам миелин, и сульфатированные сахара — хондроитин- и кератансульфатные протеогликаны [6]. Остатки миелина и протеогликаны являются основными компонентами глиальных рубцов [7, 18]. Их биологическое действие также осуществляется через Rho-ROCK-сигнальный путь.

Роль миелинассоциированных ингибиторов роста аксонов в патологии, особенно при травмах и повреждениях спинного мозга, изучена в многочисленных экспериментальных исследованиях — на культурах клеток и животных моделях. Физиологическая роль миелинассоциированных протеинов и Rho-ROCK-сигнального пути только начинает проясняться. Ингибиторы регенерации в ЦНС регулируют развитие миелина, электрическую и механическую стабильность аксонов, способствуют организации нейронных сетей, лимитируют синаптические контакты [11]. Миелинассоциированные ингибиторы также ограничивают обусловленную опытом пластичность, спраутинг нейритов и установление новых межнейронных связей в здоровой взрослой ЦНС, т. е. ограничивают анатомические изменения в ЦНС в норме и патологии, что делает их ведущими в фундаментальных исследованиях нейропластичности [8]. Нарушение функции миелинассоциированных ингибиторов связано с проблемами развития мозга, нейропсихиатрическими расстройствами, нейропатической болью [6, 11, 37].

Миелин обеспечивает быстрое и точное проведение нервного импульса по длинным аксонам, осуществляет метаболическую поддержку аксонов и обладает нейропротективными свойствами [38]. Недавние исследования [39, 40] показывают, что существуют механизмы регуляции активности нейронов, влияющие на степень миелинизации ЦНС. Предполагают, что адаптивная миелинизация является еще недостаточно изученной формой зависимой от активности пластичности нервной системы.

В процессе развития молекулы окружения аксонов участвуют в образовании сложных нейронных сетей. После своего образования нейронные сети «настраиваются» в течение короткого периода повышенной пластичности («критический период»), по окончании которого приобретают зрелую форму. Синаптические контакты в зрелом мозге стабильны в течение длительного времени, но имеет место и ограниченное структурное ремоделирование, что формирует клеточную основу обучения, памяти и нейропластичности [41]. Зависящая от активности модификация синаптических контактов может быть достигнута посредством динамической регуляции окружения аксонов. Ингибиторы регенерации ЦНС укрепляют нейронную архитектуру в конце критических периодов [42, 43]. Так, получены доказательства [44] вовлечения Nogo-A в ограничение нейрональной пластичности в зрительной системе грызунов. Важная физиологическая функция ингибиторов регенерации ЦНС заключается в консолидации нейронной архитектуры, созданной в конце критического периода.

Ингибиторы регенерации ЦНС экспрессируются глией и нейронами. Nogo-A, OMgp, NgR1-рецептор для Nogo-66, хондроитинсульфатные протеогликаны присутствуют в пре- и постсинаптических фракциях, выделенных из гиппокампа [29, 42, 45]. Ингибиторы регенерации ЦНС влияют на структуру и плотность синапсов [46]. В гиппокампе нокаутных мышей NgR1-дендритные шипы имеют менее зрелый профиль распределения, чем у мышей «дикого» типа, по-видимому, NgR1 необходим для правильного развития зрелых шипов [47]. Исследования показали, что потеря всех трех членов семейства NgR (NgR1, NgR2 и NgR3) увеличивает синаптическую плотность в молодом гиппокампе, указывая на то, что NgR функционируют как отрицательные регуляторы синаптогенеза. В недавних исследованиях[6] показано, что NgR1 является ключевой молекулой для ограничения ветвления дендритов в соматосенсорной коре взрослых мышей и пирамидальных нейронах гиппокампа.

Взаимодействие между ингибиторами регенерации ЦНС и факторами роста (например, BDNF) обеспечивает нейрональную пластичность и стабильность нейронных сетей после завершения критических периодов [45]. Многие нейропсихиатрические расстройства связаны с дефектами структуры или функции синапсов и могут быть вызваны сдвигом в возбуждающем/ингибиторном балансе. Учитывая, что ингибиторы регенерации ЦНС играют важную роль в регуляции этих процессов, их измененная экспрессия может способствовать развитию нарушений в работе мозга. В старческом мозге экспрессия в гиппокампе нескольких ингибиторов регенерации ЦНС увеличивается и коррелирует с дефицитом пространственного обучения и памяти, что показано в экспериментах на трансгенных животных [48, 49]. При этом крысы с пониженной экспрессией Nogo-A демонстрируют нарушения в социальном поведении [50]. Интересно, что мутации в NgR1 и Nogo-A у человека связаны с шизофренией [51].

Наиболее изучена роль миелинассоциированных ингибиторов роста и Rho-ROCK-механизма при спинальных повреждениях. Эффективность лечения этой патологии невелика. В недавнем обзоре P. Stahel и соавт. [52] перечислены все существующие терапевтические подходы: применение стероидов в острейшем периоде и стабилизация повреждений позвоночника в ближайшие 24 ч после травмы помогают ограничить вторичные повреждения; поддержание жизненно важных функций (дыхание, артериальное давление, борьба с кровопотерей) в острейшем и остром периодах и как можно более ранняя мобилизация пациента также позволяют предотвратить осложнения. Однако наибольшую надежду в плане именно восстановления неврологического дефицита сейчас возлагают на экспериментальные препараты, блокирующие молекулы — ингибиторы роста аксонов [52].

Аксональную регенерацию после спинальных травм блокируют окружающие место повреждения ткани. Аксональные контакты и восстановление в ЦНС блокируют остатки миелина, нейровоспаление и клеточная гибель в месте повреждения. Хондроитинсульфатные протеогликаны экстрацеллюлярного матрикса образуют глиальный рубец и периневральный барьер для аксонального роста и спрутинга [53—55]. Соответственно спонтанное восстановление после спинальной травмы, небольшие степени которого все же наблюдаются в клинике и эксперименте, зависит от присутствия миелинассоциированных протеинов-ингибиторов роста, воспалительного компонента в поврежденной нервной ткани, гиперактивации сигнального Rho-пути [56].

На экспериментальных животных моделях было показано [57, 58], что после селективного пересечения волокон кортикоспинального тракта на среднем грудном уровне терапевтическое введение антител против ингибиторного протеина Nogo-A способствует более быстрому и полному восстановлению двигательных функций, при этом отдаленная регенерация поврежденных аксонов отмечена только после Nogo-нейтрализации. Также после двустороннего пересечения кортикоспинального тракта в присутствии Nogo-A-нейтрализующих антител было показано увеличение коллатералей руброспинального тракта, иннервирующих шейный отдел спинного мозга, что коррелировало с клиническим улучшением и демонстрировало возможность для параллельных, анатомически обособленных систем по меньшей мере частично компенсировать повреждение другой системы [58].

В экспериментальных работах показана значимая роль в данной патологии миелинассоциированного протеина Nogo-A [56], липидов миелина [54], хондроитинсульфатных протеогликанов [53]. На культурах клеток в среде, лишенной этих молекул, аксонотомированные нейроны демонстрировали элонгацию аксонального конуса, животные нокаутных по генам миелинассоциированных протеинов линий лучше восстанавливались после экспериментальных спинальных повреждений. В экспериментах обнаружены динамические изменения экспрессии гена и синтеза Nogo-A после повреждения спинного мозга (низкая через 24 ч после травмы, продолжает понижаться далее до 3 дней, затем быстро повышается до пика около 7 дней, и постепенно снова снижается после 14 дней) [59], а также роль относительно сохранных надсегментарных проводников при спонтанном восстановлении у нокаутных по Rho-ROCK животных — имеет значение сохранность руброфугальных и руброспинальных путей с образованием de novo связей между красным ядром и ядром шва [56]. Эти данные очень важны для реабилитации пациентов со спинальными повреждениями, но наибольший интерес вызывают препараты — блокаторы ингибиторных молекул.

Компонент аксональной дегенерации очень важен в патогенезе нейродегенеративных заболеваний. Сами зрелые нейроны практически не способны к регенерации (за исключением отдельных зон ЦНС), но аксоны обладают способностью к спраутингу и элонгации. На развернутых стадиях большинства нейродегенеративных заболеваний потеря тел нейронов всегда сопровождается потерей аксонов и нарушением способности к нейропластичности. Проблеме соотношения между дегенерацией тел нейронов и аксонов посвящен один из недавних обзоров, показавший, что молекулярные механизмы дегенерации аксонов различны с таковыми для тел нейронов, что делает воздействия на аксональный компонент нейродегенерации одним из возможных терапевтических подходов к данной патологии [60].

Гиперактивация Rho-ROCK-механизма описана при болезни Паркинсона, боковом амиотрофическом склерозе, спинальных амиотрофиях [60—64]. Особенно много внимания исследователей в последнее время привлечено к роли микроглиального окружения в дегенерации нейронов ЦНС. Важная роль астро- и микроглии и активации глиальной ROCK показана при боковом амиотрофическом склерозе [64] и болезни Паркинсона [62], особенно серьезное нейротоксическое и провоспалительное действие оказывает глиальное окружение нейронов на поздних стадиях нейродегенераций. Показано также [61], что активация ROCK усиливает присущую нейродегенеративным заболеваниям абнормальную белковую агрегацию (например, α-синуклеин при болезни Паркинсона), а препараты — ингибиторы ROCK могут ее понижать.

Гиперактивация Rho-ROCK-сигнального пути под воздействием миелинассоциированных ингибиторов влияет и на восстановление после инсульта [65, 66]. Миелинассоциированные протеины — ингибиторы роста аксонов синтезируются также некоторыми субпопуляциями клеток сетчатки и оказывают влияние на восстановление после повреждений зрительных нервов [67].

Учитывая значительную роль Rho-ROCK-сигнального пути и «миелинассоциированных ингибиторов в торможении регенерации аксонов ЦНС, в последние годы велик интерес исследователей к поиску потенциальных терапевтических агентов — веществ, блокирующих Rho-ROCK-механизм и усиливающих нейропротекцию и стимуляцию регенерации. Особое значение приобретает поиск таких потенциальных лекарств для пациентов со спинальными повреждениями и нейродегенеративными заболеваниями.

В настоящее время выделен класс веществ — ингибиторов RhoA (C3-exoenzmye, fasudil, Y-27632, ibuprofen, siRhoA, p21), активно изучаемых в экспериментах на клеточных культурах и моделях животных [8, 9, 53, 55, 68, 69]. Ингибиторы RhoA селективно блокируют ее без влияния на другие ГТФ (С3-трансферазы), к веществам этой группы относится, например, активно сейчас изучаемый (проходит I/IIa фазы клинических испытаний) cethrin [55, 68]. Существуют и другие химические агенты, селективно «связывающие» RhoA, например collapsing response mediator protein 4 (CRMP4), образующий комплекс CRMP4b/RhoA и блокирующий тормозящий эффект на рост аксонов; блокируют Rho-ROCK-механизм и антагонисты АТФ-рецепторов P2Y12 и P2Y13 [37].

Исследования на животных показывают терапевтическую эффективность ингибиторов RhoA. Большинство подобных испытаний проведено на моделях спинальной травмы. Так, в одном из недавних исследований [9] 120 крыс разделили на три группы: 40 — ложно оперированные (только ламинэктомия, без рассечения спинного мозга), 40 — ламинэктомия и спинальная, получение физиологического раствора, 40 — ламинэктомия и спинальная транссекция, введение лекарства. Показано достоверно лучшее восстановление у животных, получавших fasudil (по шкале Basso—Beattie—Bresnahan), а также достоверное снижение экспрессии RhoA мРНК в ткани спинного мозга животных опытной группы. Выявлены положительное влияние ингибитора RhoA Y-27632 на элонгацию аксонального конуса в обогащенной протеогликанами среде [18] и регресс неврологического дефицита у перенесших рассечение спинного мозга на уровне С_IV—С_V позвонков крыс [8], положительное влияние ингибиторов АТФ-рецепторов P2Y12 и P2Y13 на нейропатическую боль при спинальных повреждениях [37].

Тем не менее в большинстве экспериментальных исследований на животных с ингибиторами RhoA не доказана их эффективность. В недавнем крупном метаанализе [69] изучалась эффективность различных PhoA/ROCK-ингибиторов на моделях животных повреждения спинного мозга (геми-, транссекция, контузия). Работы, опубликованные в базах PubMed, EMBASE, Web of Science и соответствующие критериям включения (экспериментальная спинальная торакальная травма, лечение ингибиторами PhoA/ROCK, оценка двигательного восстановления по протоколам Basso, Beattie, and Bresnahan score или Basso Mouse Scale for Locomotion), оценивались двумя независимыми исследователями по девяти пунктам. Метаанализ включил 30 работ (всего 725 животных) и обнаружил эффективность ингибиторов PhoA/ROCK в 15% случаев. В некоторых работах, сообщавших об эффективности ингибиторов PhoA/ROCK, было обнаружено нарушение методологии; эти данные не включались в окончательный анализ.

Ингибиторы PhoA/ROCK (facudil) показали свою эффективность на моделях церебрального инсульта и нейродегенеративных заболеваний [61, 66]. Так, ингибитор RhoA facudil изучался на мышиной СОД1-модели бокового амиотрофического склероза (линия G93A), где вызывал торможение дегенерации мотонейронов и замедление прогрессирования заболевания. Препарат предотвращал гибель мотонейронов у G93A мышей, подавлял нарастание ROCK-активности, редуцировал фосфорилирование актина, индуцированное СОД1. В другом исследовании in vivo [63] у G93A-мышей при пероральном приеме facudil также удлинялись сроки выживания и улучшались двигательные функции, а применение facudil in vitro увеличивало выживаемость поврежденных мотонейронов. Facudil исследовался и на модели болезни Паркинсона, показав положительное влияние на выживаемость нейронов черной субстанции и даже уменьшение патологической агрегации α-синуклеина [61].

С целью возможного терапевтического влияния на рост и регенерацию аксонов изучали антагонисты к рецептору Nogo-66 (NgR1) [70], ингибитор гликозилирования хондроитинсульфатных протеогликанов PTPσ [53], моноклональные антитела против миелинассоциированных протеинов-ингибиторов аксонального роста. В недавнем исследовании [65] эффект моноклонального антитела GSK249320 против миелинассоциированного гликопротеина (MAG) показан на модели кортикального ишемического инсульта: у приматов, получавших GSK249320, к 16-му дню заболевания функциональное восстановление было достоверно лучше, чем в контрольной группе. Важно, что функциональное преимущество опытной группы было получено не за счет периинфарктной области и прилегающей премоторной зоны, что было продемонстрировано нейрофизиологическим — картированием двигательных зон (представительство вентральной премоторной зоны в экспериментальной группе было меньше, чем в контроле).

Таким образом, ингибиторную активность миелина ЦНС можно нейтрализовать с помощью антител к миелинассоциированным протеинам (например, анти Nogo-A), делеции генов Nogo, MAG и OMgp, введения растворимых NgR-фрагментов и NgR-блокирующих пептидов, торможения поступления кальция во внутриклеточное пространство, использования высоких концентраций цАМФ, применения ингибиторов RhoA или ROCK [71]. In vivo показаны нейтрализующий эффект моноклональных IgM-антител к Nogo (IN-1), умеренно выраженное, но достоверное улучшение восстановления после спинального повреждения у нокаутных по Nogo-A мышей, эффективность пептидов, взаимодействующих с активным 66-аминокислотным С-концом Nogo (например, NEP1−40), связывающихся с Nogo, но не активирующих его. Активно изучаются и нейтрализующие эффекты вторичных мессенджеров ингибиторной активности миелина: инактивирующих Rho-энзимов (например, С3-трансфераза), ингибиторов ROCR (например, Y27632,), эффекты нейтрализации активности Nogo и MAG продемонстрированы при инфузии in vivo аналогов цАМФ, а также медиатора p75 [71—73]. Представленный подход к управлению регенерацией аксонов кажется физиологически обоснованным и потенциально эффективным, однако решение данной проблемы далеко от завершения, необходимы дальнейшие исследования.

В заключение еще раз отметим, что ингибиторы регенерации ЦНС, работающие через Rho-ROCK-сигнальный путь, играют важную физиологическую роль не только в развитии ЦНС, но и по окончании критических периодов — в стабилизации нейронных сетей, ограничении ветвления дендиритов, структуре и функционировании синаптических контактов, работая в противоположном факторам роста направлении. Нестабильное функционирование нейронных сетей является основой многих нейропсихиатрических заболеваний. При повреждениях ЦНС, травмах, нейродегенеративных заболеваниях, старении избыточная экспрессия связанных с миелином ингибиторов регенерации ЦНС тормозит рост аксонов, играет отрицательную роль для реабилитационного потенциала. Изучение аксон-миелиновых отношений, роли окружения аксонов в их дегенерации и регенерации важно для развития подходов к лечению ряда заболеваний и повреждений ЦНС.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

*e-mail: elekov2@yandex.ru

Нейрорегенерация относится к возобновлению роста или восстановлению нервных тканей , клеток или клеточных продуктов. Такие механизмы могут включать образование новых нейронов , глии , аксонов , миелина или синапсов . Нейрорегенерация в периферической нервной системе (ПНС) и центральной нервной системе (ЦНС) различается задействованными функциональными механизмами, особенно степенью и скоростью восстановления. При повреждении аксона дистальный сегмент подвергается валлеровской дегенерации , теряя миелиновую оболочку. Проксимальный сегмент может либо погибнуть в результате апоптоза, либо подвергнуться хроматолитической реакции , которая является попыткой восстановления. В ЦНС синаптическое разделение происходит, когда отростки глиальной стопы вторгаются в мертвый синапс.

Ежегодно от травм нервной системы страдают более 90 000 человек. Подсчитано, что только от травм спинного мозга ежегодно страдают 10 000 человек. В результате такой высокой частоты неврологических травм, регенерация и восстановление нервов , область инженерии нервных тканей , становится быстрорастущей областью, посвященной открытию новых способов восстановления функциональности нервов после травм. Нервная система делится на две части: центральную нервную систему , которая состоит из головного и спинного мозга , и периферическую нервную систему , которая состоит из черепных и спинномозговых нервов и связанных с ними ганглиев . В то время как периферическая нервная система обладает внутренней способностью к восстановлению и регенерации, центральная нервная система по большей части неспособна к самовосстановлению и регенерации. В настоящее время не существует лечения для восстановления функции нервов человека после повреждения центральной нервной системы. Кроме того, несколько попыток повторного роста нерва через переход ПНС-ЦНС не увенчались успехом. Просто недостаточно знаний о регенерации центральной нервной системы. Кроме того, хотя периферическая нервная система обладает способностью к регенерации, все еще необходимо провести много исследований, чтобы оптимизировать среду для максимального потенциала повторного роста. Нейрорегенерация важна с клинической точки зрения, поскольку она является частью патогенеза многих заболеваний, включая рассеянный склероз .

Регенерация периферической нервной системы

В значительной степени происходит нейрорегенерация периферической нервной системы (ПНС). После повреждения аксона периферические нейроны активируют различные сигнальные пути, которые включают гены, способствующие росту, что приводит к реформированию функционального конуса роста и регенерации. Рост этих аксонов также регулируется хемотаксическими факторами, секретируемыми шванновскими клетками . Повреждение периферической нервной системы немедленно вызывает миграцию фагоцитов , шванновских клеток и макрофагов к месту поражения для удаления мусора, такого как поврежденная ткань, которая препятствует регенерации. Когда аксон нерва разрывается, конец, все еще прикрепленный к телу клетки, называется проксимальным сегментом, а другой конец называется дистальным сегментом. После травмы проксимальный конец опухает и испытывает некоторую ретроградную дегенерацию, но как только мусор очищается, он начинает прорастать аксоны, и можно обнаружить присутствие конусов роста. Проксимальные аксоны могут расти заново, пока тело клетки не повреждено, и они вступили в контакт с шванновскими клетками в эндоневрии (также известном как эндоневральная трубка или канал). Скорость роста аксонов человека может достигать 2 мм / день для мелких нервов и 5 мм / день для крупных нервов. Дистальный сегмент, однако, подвергается валлеровской дегенерации в течение нескольких часов после травмы; аксоны и миелин дегенерируют, но эндоневрий остается. На более поздних стадиях регенерации оставшаяся эндоневральная трубка направляет рост аксонов обратно к правильным мишеням. Во время дегенерации Валлера шванновские клетки растут упорядоченными столбцами вдоль эндоневриальной трубки, создавая полосу клеток Бюнгнера, которая защищает и сохраняет эндоневриальный канал. Кроме того, макрофаги и клетки Шванна выделяют нейротрофические факторы, которые усиливают повторный рост.

Регенерация центральной нервной системы

В отличие от повреждения периферической нервной системы, повреждение центральной нервной системы не сопровождается обширной регенерацией. Он ограничен тормозящими влияниями глиальной и внеклеточной среды. Враждебная, непермиссивная среда роста частично создается миграцией миелин-ассоциированных ингибиторов, астроцитов, олигодендроцитов, предшественников олигодендроцитов и микроглии. Окружающая среда в ЦНС, особенно после травмы, противодействует восстановлению миелина и нейронов. Факторы роста не выражены или повторно не выражены; например, во внеклеточном матриксе отсутствуют ламинины . Глиальные рубцы быстро образуются, и глия фактически вырабатывает факторы, ингибирующие ремиелинизацию и восстановление аксонов; например, НОГО и НИ-35. Сами аксоны также теряют потенциал роста с возрастом , среди прочего , из-за снижения экспрессии GAP43 .

Более медленная дегенерация дистального сегмента, чем дегенерация периферической нервной системы, также вносит свой вклад в тормозную среду, потому что ингибирующий миелин и аксональные остатки не удаляются так быстро. Все эти факторы способствуют образованию так называемого глиального рубца , через который аксоны не могут прорасти. Проксимальный сегмент пытается восстановиться после травмы, но его росту препятствует окружающая среда. Важно отметить, что аксоны центральной нервной системы, как было доказано, вырастают заново в разрешающей среде; следовательно, основная проблема регенерации аксонов центральной нервной системы — это пересечение или устранение тормозного участка поражения. Другая проблема состоит в том, что морфология и функциональные свойства нейронов центральной нервной системы очень сложны, по этой причине функционально идентичный нейрон не может быть заменен одним из нейронов другого типа ( закон Ллинаса ).

Подавление роста аксонов

Образование рубца из глиальных клеток индуцируется после повреждения нервной системы. В центральной нервной системе образование глиальных рубцов значительно тормозит регенерацию нервов, что приводит к потере функции. Выделяются несколько семейств молекул, которые способствуют образованию глиальных рубцов и управляют ими. Например, трансформирующие факторы роста B-1 и -2, интерлейкины и цитокины играют роль в инициации образования рубцов. Накопление реактивных астроцитов в месте повреждения и усиление регуляции молекул, которые тормозят рост нейритов, способствуют нарушению нейрорегенерации. Активно регулируемые молекулы изменяют состав внеклеточного матрикса таким образом, что, как было показано, они ингибируют распространение разрастания нейритов. Это образование рубца включает несколько типов клеток и семейств молекул.

Хондроитинсульфат протеогликан

В ответ на факторы, вызывающие рубцевание, астроциты регулируют выработку протеогликанов хондроитинсульфата . Астроциты — это преобладающий тип глиальных клеток в центральной нервной системе, которые выполняют многие функции, включая смягчение повреждений, восстановление и образование глиальных рубцов. RhoA путь вовлечен. Было показано, что протеогликаны хондроитинсульфата (CSPG) активируются в центральной нервной системе (ЦНС) после травмы. Повторяющиеся дисахариды глюкуроновой кислоты и галактозамина, гликозаминогликаны (CS-GAG), ковалентно связаны с белками ядра CSPG. Было показано, что CSPG ингибируют регенерацию in vitro и in vivo, но роль основного белка CSPG по сравнению с CS-GAG до недавнего времени не изучалась.

Кератансульфат протеогликаны

Подобно хондроитинсульфатным протеогликанам, продукция кератансульфатпротеогликанов (KSPG) активируется в реактивных астроцитах как часть образования глиальных рубцов. Также было показано, что KSPG ингибируют рост отростков нейритов, ограничивая регенерацию нервов. Кератансульфат , также называемый кератосульфатом, образуется из повторяющихся дисахаридных единиц галактозы и N-ацетилглюкозаминов. Он также является 6-сульфатным. Это сульфатирование имеет решающее значение для удлинения цепи сульфата кератана. Исследование было проведено на мышах с дефицитом N-ацетилглюкозамин-6-O-сульфотрансферазы-1. Мыши дикого типа показали значительную повышающую регуляцию мРНК, экспрессирующей N-ацетилглюкозамин 6-O-сульфотрансферазу-1, в месте повреждения коры. Однако у мышей с дефицитом N-ацетилглюкозамин-6-O-сульфотрансферазы-1 экспрессия кератансульфата была значительно снижена по сравнению с мышами дикого типа. Точно так же образование глиальных рубцов было значительно снижено у мышей с N-ацетилглюкозамин 6-O-сульфотрансферазой-1, и в результате регенерация нервов была меньше подавлена.

Другие тормозящие факторы

Белки олигодендритного происхождения или глиального дебриса, влияющие на нейрорегенерацию:

• NOGO. Семейство белков Nogo, в частности Nogo-A , было идентифицировано как ингибитор ремиелинизации в ЦНС, особенно при аутоиммунной демиелинизации, такой как экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит (EAE) и рассеянный склероз (MS). Nogo A функционирует либо через свой амино-Nogo конец через неизвестный рецептор, либо через свой конец Nogo-66 через NgR1, p75 , TROY или LINGO1 . Противодействие этому ингибитору приводит к улучшению ремиелинизации, так как он участвует в пути RhoA.
• NI-35 — непермиссивный фактор роста миелина.
• MAG — связанный с миелином гликопротеин действует через рецепторы NgR2, GT1b, NgR1, p75, TROY и LINGO1.
• OMgp — миелиновый гликопротеин олигодендроцитов
• Эфрин B3 действует через рецептор EphA4 и подавляет ремиелинизацию.
• Сема 4D (семафорин 4D) действует через рецептор PlexinB1 и подавляет ремиелинизацию.
• Sema 3A (семафорин 3A) присутствует в рубцах, которые образуются как при повреждениях центральной нервной системы, так и при повреждениях периферических нервов, и способствует ингибированию роста этих рубцов.

Клинические методы лечения

Операция

Операция может быть сделана в случае, если периферический нерв был разрезан или иным образом разделен. Это называется реконструкцией периферического нерва . Травмированный нерв идентифицируется и обнажается, чтобы можно было исследовать нормальную нервную ткань выше и ниже уровня повреждения, обычно с увеличением, с помощью лупы или операционного микроскопа . Если поврежден большой сегмент нерва, как это может произойти при раздавливании или растяжении, нерв необходимо будет обнажить на большей площади. Поврежденные участки нерва удаляются. Затем перерезанные нервные окончания аккуратно аппроксимируют очень маленькими швами. Восстановление нерва должно быть покрыто здоровой тканью, что может быть таким простым, как закрытие кожи, или может потребоваться движение кожи или мышц, чтобы обеспечить здоровое мягкое покрытие на нерве. Тип используемой анестезии зависит от сложности травмы. Хирургическое турникет почти всегда используется.

Прогноз

Ожидания после хирургического вмешательства разделенного периферического нерва зависят от нескольких факторов:

• Возраст : Восстановление нерва после хирургического вмешательства зависит в основном от возраста пациента. Маленькие дети могут восстановить функцию нервов, близкую к нормальной. Напротив, у пациента старше 60 лет с перерезанным нервом на руке можно ожидать восстановления только защитных ощущений; то есть способность различать горячее / холодное или резкое / тусклое.
• Механизм повреждения : Острые повреждения, такие как раны ножа, повредить только очень короткий отрезок нерва, воспользовавшись для прямого шва. Напротив, нервы, разделенные растяжением или раздавливанием, могут быть повреждены из-за длинных сегментов. Эти нервные повреждения сложнее лечить и, как правило, имеют более неблагоприятный исход. Кроме того, сопутствующие травмы, такие как травмы костей, мышц и кожи, могут затруднить восстановление нервов.
• Уровень травмы : После того, как нерв восстанавливается, регенерирующие нервные окончания должны расти все пути к своей цели. Например, поврежденный нерв на запястье, который обычно обеспечивает чувствительность большого пальца, должен вырасти до конца большого пальца, чтобы обеспечить чувствительность. Возвращение функции уменьшается с увеличением расстояния, на котором нерв должен расти.

Аутологичная пересадка нерва

В настоящее время аутотрансплантат нерва или аутотрансплантат нерва известен как золотой стандарт клинического лечения, используемого для восстановления больших повреждений периферической нервной системы. Важно, чтобы нервы не восстанавливались под натяжением, что могло бы произойти в противном случае, если бы обрезанные концы повторно приблизились через разрыв. Сегменты нервов берутся из другой части тела (донорского участка) и вставляются в очаг поражения, чтобы обеспечить эндоневральные трубки для регенерации аксонов через щель. Однако это не идеальное лечение; часто конечным результатом является лишь ограниченное восстановление функций. Кроме того, на донорском участке часто наблюдается частичная деиннервация, и требуется несколько операций для сбора ткани и ее имплантации.

При необходимости можно использовать ближайшего донора для иннервации пораженных нервов. Травму донора можно свести к минимуму, используя метод, известный как сквозная пластика. В этой процедуре создается эпиневриальное окно в донорском нерве, и проксимальная культя пораженного нерва зашивается поверх окна. Регенерирующие аксоны перенаправляются в культю. Эффективность этого метода частично зависит от степени частичной неврэктомии, выполненной на доноре, с увеличением степени нейрэктомии, вызывающей усиление регенерации аксонов в пораженном нерве, но с последствием увеличения дефицита для донора.

Некоторые данные свидетельствуют о том, что местная доставка растворимых нейротрофических факторов в место пересадки аутологичного нерва может усилить регенерацию аксонов внутри трансплантата и помочь ускорить функциональное восстановление парализованной мишени. Другие данные свидетельствуют о том, что экспрессия нейротрофических факторов в самой целевой мышце, вызванная генной терапией, также может способствовать усилению регенерации аксонов. Ускорение нейрорегенерации и реиннервации из более денервированных целей является критически важным для того , чтобы уменьшить возможность постоянного паралича из — за мышечную атрофию.

Аллотрансплантаты и ксенотрансплантаты

Варианты аутотрансплантата нерва включают аллотрансплантат и ксенотрансплантат . В аллотрансплантатах ткань для трансплантата берется у другого человека, донора, и имплантируется реципиенту. Ксенотрансплантаты включают забор донорской ткани от другого вида. Аллотрансплантаты и ксенотрансплантаты имеют те же недостатки, что и аутотрансплантаты, но, кроме того, необходимо учитывать отторжение тканей от иммунных ответов. Эти трансплантаты часто требуют иммуносупрессии. Передача болезни также становится фактором при введении ткани от другого человека или животного. В целом, аллотрансплантаты и ксенотрансплантаты не соответствуют качеству результатов, наблюдаемых при использовании аутотрансплантатов, но они необходимы при недостатке аутологичной нервной ткани.

Проводник для наведения нервов

Из-за ограниченной функциональности аутотрансплантатов, нынешнего золотого стандарта регенерации и восстановления нервов, недавние исследования в области инженерии нервной ткани были сосредоточены на разработке биоискусственных каналов для направления нервов , чтобы направлять рост аксонов. Создание искусственных нервных проводников также известно как энтубуляция, потому что нервные окончания и промежуточная щель заключены в трубку, состоящую из биологических или синтетических материалов.

Иммунизация

Направление исследований — использование лекарств, нацеленных на белки-ингибиторы ремиелинизации или другие ингибиторы. Возможные стратегии включают вакцинацию против этих белков (активная иммунизация) или лечение ранее созданными антителами ( пассивная иммунизация ). Эти стратегии кажутся многообещающими на животных моделях с экспериментальным аутоиммунным энцефаломиелитом (EAE), моделью MS .
Моноклональные антитела также использовались против факторов ингибирования, таких как NI-35 и NOGO.

Смотрите также

• PTEN
• Мышечный белок LIM
• Детерозинация микротрубочек
• Миелиногенез
• Нейропротекция
• Исследование травм спинного мозга

Рекомендации

При
разрушении участка периферического
нерва
в течение недели наступает восходящая
дегенерация
проксимальной (ближайшей к те­лу
нейрона) части аксона с последующим
не­крозом
как аксона, так и шванновской обо­лочки.
На конце аксона формируется расши­рение
(ретракционная колба). В дистальной
части
волокна после его перерезки отмечается
нисходящая
дегенерация с полным разруше­нием
аксона, распадом миелина и последую­щим
фагоцитозом детрита макрофагами и
глией (рис.
1.5.7, 1.5.8).

Начало
регенерации характеризуется сна­чала
пролиферацией шванновских клеток, их
передвижением вдоль распавшегося
волокна с образованием
клеточного тяжа, лежащего в эн-доневральных
трубках. Таким образом, шван-новские
клетки восстанавливают структурную
целостность
в месте разреза. Фибробласты также
пролиферируют, но медленнее шваннов­ских
клеток. Указанный процесс пролифера­ции
шванновских клеток сопровождается
од­новременной
активацией макрофагов, которые
первоначально
захватывают, а затем лизируют оставшийся
в результате разрушения нерва материал.

Следующий
этап характеризуется прораста­нием
аксонов в щели, образованные шваннов-скими
клетками, проталкиваясь от проксималь­ного
конца нерва к дистальному. При этом от
ретракционной
колбы в направлении дисталь­ной
части волокна начинают отрастать тонкие
веточки (конусы роста). Регенерирующий
аксон растет
в дистальном направлении со скоростью
3—4
мм/сут
вдоль
лент из шванновских кле­ток
(ленты Бюгнера), которые играют
направ­ляющую
роль. В последующем наступает
диф­ференциация
шванновских клеток с образова-

62

Глава 1. Клетка и ткани

Дистальное Проксимальное

}
i

Место повреждения

t
t tt ft

J

Ретроградная

Уолеров-
Тер- Транс-ская миналь- нейрон­ная
ная

Рис. 1.5.7. Термины, используемые при
описании

различных типов дегенерации нейронов
и нервных

волокон

Рис. 1.5.8. Регенерация миелинового
нервного волокна:

а
—
после перерезки нервного волокна
проксимальная часть ак­сона
(/)
подвергается восходящей дегенерации,
миелиновая обо­лочка
(2)
в
области повреждения распадается,
перикарион (3)
нейрона
набухает, ядро смещается к периферии,
хромафильная субстанция
(4)
распадается;
б—дистальная часть, связанная с
иннервируемым
органом, претерпевает нисходящую
дегенера­цию
с полным разрушением аксона, распадом
миелиновой обо­лочки
и фагоцитозом детрита макрофагами (5)
и глией; в
—
лем-моциты
(6) сохраняются и митотически делятся,
формируя тяжи
— ленты Бюгнера (7), соединяющиеся с
аналогичными об­разованиями
в проксимальной части волокна (тонкие
стрелки). Через
4—6 недель структура и функция нейрона
восстанавлива­ется,
от проксимальной части аксона дистально
отрастают тон­кие
веточки (жирная стрелка), растущие вдоль
ленты Бюгнера; г
—
в результате регенерации нервного
волокна восстанавлива­ется
связь с органом-мишенью и регрессирует
ее атрофия; д
—
при
возникновении преграды (8)
на
пути регенерирующего аксо­на
компоненты нервного волокна формируют
травматическую неврому
(9), которая состоит из разрастающихся
веточек аксона и
леммоцитов

нием
миелина и окружающей соединительной
ткани.
Коллатерали и терминали аксонов
вос­станавливаются
в течение нескольких месяцев. Регенерация
нервов происходит только при условии
отсутствия повреждения тела нейрона,
небольшом
расстоянии между поврежденными концами
нерва, отсутствии между ними соедини­тельной
ткани. При возникновении преграды на
пути
регенерирующего аксона развивается
ампу­тационная
нейрома. Регенерация нервных воло­кон
в центральной нервной системе отсутствует.

Литература

1. Афанасьев Ю. И., Юрина Н.
   А. Гистология,
   ци­
   тология
   и эмбриология. — М.: Медицина, 1999. — 744
   с.

2. Билич
   Г., Катинас Г. С, Назарова JJ.
   В. Цито­
   логия.
   — Спб., 1999.— 216 с.

3. Быков
   В. JI.
   Цитология
   и общая биология. —
   Спб.:
   СОТИС, 1999.— 519 с.

4. Быков
   В. JI.
   Частная
   гистология человека. —
   Спб.:
   СОТИС, 1997.— 300 с.

5. Дудел Д., Циммерман Л.
   Физиология
   чело­
   века:
   В 4 т. / Пер. с англ.; под ред. Р. Шмидта
   и
   Г.
   Тевса. — Т. 2. — М.: Мир, 1985.— 240 с.

6. Луцик
   О. Д., 1ванова А.Й., Кабак К-С. Псто-
   лопя
   людини.—Льв1в: Мир, 1992. — С. 399.

7. Леей
   А., Сикевиц И. Структура
   и функция клет­
   ки.
   — М.: Мир, 1971, —583 с.

8. Хэм
   А., Кормак Д. Гистология
   / Пер. с англ. —
   М.:
   Мир, 1982,—
   1350 с.

9. Елисеев
   В. Г. Гистология.—М.:
   Медицина,
   1972.—
   С. 612.

10.
Toda
K-, Fitzpatrlck Т.
В.
The
origin of melano-somes,
in Kawamura T. (eds): Biology of normal and Abnormal
melanocytes // Tokyo, University of Tokyo press.
— 1971. — P. 265—267.

U.Szabo
G., Gerald А.
В.,
Pathak M. A. Racial
differences in the fate of meanosomes in human epi­dermis //
Nature. — 1969.— Vol. 222.
— P.
1081
—
1082.

1. Wolff
   K- Melanocyte-Keratinocyte
   interactions in
   vivo:
   The fate of melanosomes // Yale J Biol Med. —
   1973.—Vol.
   46.— P. 384—396.

2. Ramirez
   F., Pereira L. The
   fibrillins // Int J Bio-
   chem
   Cell Biol. — 1999. — Vol. 31. —P. 255—259.

3. Kielty
   С
   M., Shuttleworth С
   A. Fibrillin-contain-
   ing
   microfibrils: structure and function in health and di­
   sease
   // Int J Biochem Cell Biol. — 1995. —Vol. 27. —
   p.
   747—760.

4. Sakai
   L. Y., Keene D. R., Engvall E. Fibrillin,
   a
   new
   350-kd glycoprotem, is a component of extracellu­
   lar
   microfibrils // J Cell Biol. — 1986. — Vol. 103.
   —
   P.
   2499.

5. Wright
   D. W., McDaniels С
   N., Swasdison S.
   Immunisation
   with undenatured bovine zonular fibrils
   results
   in monoclonal antibodies to fibrillin // Matrix
   Biol.
   — 1994.— Vol. 14.—
   P. 41—49.

17′.
Thurmond
F.A., Trotter J. A. Morphology
and biomechanics
of the microfibrillar network of sea cu­cumber
dermis // J Exp Biol. — 1996. — Vol. 199.
—
P.
1817—1828.

1. McConnell
   СМ.,
   DeMont M.E., Wright G. M.
   Microfibrils
   provide non-linear elastic behaviour in the
   abdominal
   artery of the lobster Homarus americanus //
   J.
   Physiol.—1997.—Vol. 499. — P. 513—526.

2. Rosenbloom
   J., Abrams W. R., Mecham B. Extra­
   cellular
   matrix 4: the elastic fibre // FASEB J. —
   1993.—
   Vol. 7.—
   P. 1208—1218.

Литература

63

20.
Davis
Е.С.,
Mecham R. P. Intracellular
traffick­ing of tropoelastin // Matrix Biol. — 1998. — Vol.
17. — P. 245—254.

2.Mayne
R., Mayne P. R., Baker J. R. Fibrilllin-1
is
the major protein present in bovine zonular fibrils //
Invest Ophthalmol Vis Sci. — 1997. — Vol. 38.—
P.
1399—1411.

1. Wheatley
   H.M., Traboulsi E.I.,
   Flowers В.
   Е.
   Immunohistochemical
   localization of fibrillin in human
   ocular
   tissues // Arch Ophthalmol. — 1995. — Vol. 113.
   —
   P.
   103—109.

2. Walacce
   R. N., Streeten B. W., Hanna R. B. Ro­
   tary
   shadowing of elastic system microfibrils in the ocu­
   lar
   zonule, vitreous, and ligamentum nuchae // Curr
   Eye
   Res. — 1991, — Vol. 10.—
   P. 99—108.

3. Wright
   D. W., Mayne R. Vitreous
   humor of
   chicken
   contains two fibrillar systems: an analysis of
   their
   structure // J. Ultra Mol. Struct. Res. —
   1988. —
   Vol.
   100.
   — P.
   224—234.

4. Bishop
   P., Ayad S., Reardon A. Type
   VI collagen
   is
   present in human and bovine vitreous // Graefes
   Arch.
   Clin. Exp. Ophthalmol. —
   1996.—
   Vol. 234.—
   P.
   710—713.

5. Lee
   В.,
   Godfrey M., Vitale E. Linkage
   of Mar-
   fan
   syndrome and a phenotypically related disorder
   to
   two different fibrillin genes // Nature.— 1991.—
   Vol.
   352.
   — P.
   330—338.

6. Zhang
   H., Apfelroth S. D., Ни
   W. Structure
   and
   expression
   of fibrillin-2, a novel microfibrillar compo­
   nent
   preferentially located in elastic matrices // J. Cell
   Biol.
   — 1994.— Vol. 124.—
   P. 855—863.

7. Zhang
   H., Ни
   W., Ramirez F. Developmental
   expression
   of genes suggests heterogeneity of extracel­
   lular
   microfibrils // J. Cell Biol. — 1995. — Vol. 129. —
   P.
   1165—1176.

8. Mir
   S., Wheatley H. M., Maumenee-Hussels I. E.
   A
   comparative histologic study of the fibrillin microfibril­
   lar
   system in the lens capsule of normal subjects and
   subjects with
   Marfan syndrome // Invest Ophthalmol
   Vis
   Sci. — 1998. — Vol. 39. — P. 84—93.

30.
Farnsworth
P. N. В.,
Burke P. Three-dimensional
architecture
of the suspensory apparatus of the lens of the
rhesus monkey // Exp. Eye Res. — 1977. — Vol. 25. — P.
563.

3.Pessier
A. P., Potter K-A. Ocular
pathology in bovine
Marfan syndrome with demonstration of altered fibrillin
immunoreactivity in explanted ciliary body cells //
Lab Invest. — 1996. — Vol. 75. — P. 87—95.

1. Kielty
   СМ.,
   Davies 5.,
   Phillips
   J. Marfan
   synd­
   rome
   expression and microfibrillar abnormalities in a
   family
   with predominant ocular defects // J. Med. Ge­
   net.
   —
   1994. — Vol.
   31.
   —P.
   1—5.

2. Izquierdo
   N. J., Traboulsi E., Enger C.
   Glauco­
   ma
   in the Marfan syndrome // Trans Am Ophthalmol
   Soc.
   — 1992. — Vol. 90.— P. 111
   — 122.

3. Izquierdo
   N. J., Traboulsi E. /.,
   Enger
   C. Strabis­
   mus
   in the Marfan syndrome // Am. J. Ophthalmol. —
   1994.—Vol.
   117.—
   P. 632—635.

4. Allen
   R., Straatsma В.,
   Apt L. Ocular
   manifesta­
   tions
   of the Marfan syndrome // Trans. Am. Acad. Oph­
   thalmol.
   Otolaryngol. —
   1967. —
   Vol. 71.—
   P.
   18—38.

5. Ramsay
   M.S., Fine B.S., Shields J.A. The
   Mar­
   fan
   syndrome. A histopathologic study of ocular findings
   //Am.
   J. Ophthalmol.—1973. —Vol. 76. —P. 103—116.

6. Cross
   H.E., Jensen A. D. Ocular
   manifestations
   in
   the Marfan syndrome and homocystinuria // Am J.
   Ophthalmol.
   — 1973. —Vol. 75. — P. 405—419.

7. Freissler
   K., Kuchle M., Naumann G. О.
   Н.
   Spon­
   taneous
   dislocation of the lens in pseudoexfoliation
   syndrome
   // Arch Ophthalmol. — 1995. — Vol. 113.—
   P.
   1095—11??.

8. Schlutzer-Schrehardt
   U., Naumann G.O.H.
   A
   histopathologic study of zonular instability in pseudo-
   exfoliation
   syndrome // Am. J. Ophthalmol.— 1994.
   —
   Vol.
   118.—
   P. 730—743.

9. Schlutzer-Schrehardt
   U., Stumer J. P., Reme С.
   Е.
   The
   fibrillin-containing microfibrillar network in the
   trabecular
   meshwork of normal and glaucomatous eyes
   //
   Invest Ophthalmol Vis Sci. — 1997. — Vol. 38.—
   P.
   2117—2126.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #