Повторные лёгкие травмы мозга: как астроциты «помнят» удар

Повторные лёгкие травмы мозга могут оставлять след не только в нейронах. В модели из человеческих клеток повторное мягкое механическое воздействие не убивало астроциты — клетки, которые поддерживают нейроны и регулируют среду вокруг них, — но меняло их состояние на несколько дней.

Это важно, потому что после лёгкой черепно-мозговой травмы человек часто чувствует себя лучше задолго до того, как все клеточные процессы вернулись к исходному состоянию. Авторы работы в Cell Death & Disease решили проверить, могут ли астроциты сохранять своеобразную «память» о повторном повреждении и затем сами создавать условия, вредные для нейронов.

Что происходило с астроцитами

Исследователи использовали лабораторную модель, в которой человеческие астроциты подвергали механическому воздействию один раз в день три дня подряд. Состояние клеток оценивали вскоре после последнего воздействия и ещё через четыре дня. При этом жизнеспособность астроцитов существенно не снижалась — то есть модель действительно имитировала повторное относительно мягкое повреждение, а не массовую гибель клеток.

Но выжившие клетки не возвращались сразу к обычному состоянию. В них усиливалось образование активных форм кислорода, менялся энергетический обмен, перестраивался внеклеточный матрикс и накапливались липидные капли. На восьмой день число таких капель было примерно в шесть раз выше, чем в контрольных культурах.

Менялся и объём клеток. Сразу после серии воздействий астроциты были примерно на четверть меньше контрольных, а через несколько дней, наоборот, их объём примерно удваивался. Одновременно повышалось количество аквапорина-4 — белка-канала, через который вода проходит через мембрану астроцитов.

Это не означает, что работа объяснила отёк мозга у пациентов, но показывает, что даже в упрощённой клеточной системе последствия механического стресса продолжали развиваться после самого воздействия.

Липидный сигнал от астроцитов к нейронам

Самая интересная часть работы появилась, когда авторы исследовали вещества, которые повреждённые астроциты выделяли в питательную среду. С помощью липидомики они обнаружили изменение содержания диацилглицеролов — небольших липидных молекул, которые могут работать внутри клеток как сигналы.

Один из вариантов диацилглицерола, DG(22:6), после повреждения увеличился более чем в два раза. Другой, DG(24:0), обнаруживался только в среде от травмированных астроцитов. Авторы предположили, что такой липидный профиль может быть одним из способов, которыми астроциты передают последствия повреждения соседним нейронам.

Чтобы проверить это, человеческие кортикальные нейроны в течение трёх дней выращивали в среде, ранее контактировавшей с травмированными астроцитами. Нейронные сети становились менее сложными, активность каспаз — ферментов, участвующих в запрограммированной гибели клеток, — повышалась, а число кальциевых событий, отражающих функциональную активность культуры, снижалось примерно на 25%.

Одновременно в нейронах примерно на 50% увеличивался уровень белка PKCδ. Этот фермент относится к семейству протеинкиназ C: диацилглицеролы способны активировать такие белки и тем самым запускать дальнейшие клеточные реакции. В данном случае PKCδ связывают с путями, ведущими к апоптозу.

Связь оказалась не только корреляционной. Когда нейроны обрабатывали физиологически активной формой диацилглицерола 1,2-DG, активность каспаз возрастала примерно вдвое. А когда исследователи добавляли ингибиторы PKC, многие неблагоприятные эффекты среды от повреждённых астроцитов ослабевали: снижалась активность каспаз и частично восстанавливалась кальциевая активность нейронов.

Что действительно показала работа

Получается последовательность событий: повторное мягкое механическое повреждение переводит астроциты в устойчиво изменённое состояние; их липидный обмен и выделяемые вещества меняются; эти вещества способны нарушать работу человеческих нейронов в культуре; часть эффекта зависит от сигнального пути PKC, причём PKCδ выглядит наиболее вероятным участником.

Авторы называют это «памятью о травме» астроцитов. Речь не о памяти в обычном смысле, а о том, что клетка продолжает нести биохимический след перенесённого воздействия после его окончания.

Но переносить результат прямо на людей пока нельзя. Работа выполнена in vitro, преимущественно на человеческих клетках фетального происхождения, а такая система не включает микроглию, сосуды, иммунные клетки и настоящую биомеханику удара по голове. Биологическое число независимых культур было небольшим, а один из опытов с отдельным диацилглицеролом опирался на клетки одного донора с техническими повторами.

Кроме того, PKCδ, вероятно, не единственный путь повреждения. Сами авторы отмечают, что роль могут играть и другие формы PKC, активные формы кислорода и дополнительные вещества, выделяемые астроцитами.

Поэтому работа пока не предлагает лечение после сотрясения. Её ценность в другом: она показывает конкретный механизм, который можно проверять дальше в более сложных моделях. После повторной лёгкой травмы последствия могут продолжаться на уровне поддерживающих клеток мозга даже тогда, когда само механическое воздействие уже давно закончилось.