Ученые сообщают, что после инсульта или ЧМТ группа аминокислот, которые обычно поддерживают функцию мозга, в значительной степени способствуют разрушению мозга, которое может последовать за обеими этими травмами.
«Новое исследование впервые предоставляет удивительные доказательства того, что четыре распространенные невозбуждающие аминокислоты, которые обычно производят белки, необходимые для функционирования мозга , вместо этого вызывают необратимый разрушительный отек как астроцитов, поддерживающих нейроны, так и самих нейронов», — говорит доктор Сергей. Киров, нейробиолог кафедры неврологии и регенеративной медицины Медицинского колледжа Джорджии.
«Есть много способов убить нейроны. Это тот, о котором люди не задумывались», — говорит Киров, автор-корреспондент исследования, опубликованного в журнале Glia .
Инсульт в результате разрыва или закупорки кровеносного сосуда в головном мозге, а также черепно-мозговая травма , или ЧМТ, разрушают уникальные сверхплотно сплетенные эндотелиальные клетки, выстилающие кровеносные сосуды в головном мозге, которые помогают гарантировать, что ничто не ускользнет от нашего мозга. кровь, которая может повредить наш мозг. Это называется гематоэнцефалическим барьером, и после таких значительных мозговых событий защитный барьер может стать негерметичным, а его компоненты могут ускользнуть.
Плазма, жидкая часть крови, быстро проникает в и без того напряженные близлежащие области мозга, а вместе с ней поступают и эти аминокислоты, из которых состоят белки, являющиеся фундаментальным компонентом наших клеток и мышц. Обычно небольшие молекулы, такие как кислород, могут проходить через гематоэнцефалический барьер, а более крупные молекулы, такие как эти аминокислоты, имеют жестко регулируемую систему, которая гарантирует, что нужное количество нужного фактора будет доставлено непосредственно в клетки, которые в них нуждаются.
Транспортеры внутри мембран эндотелиальных клеток позволяют доставлять некоторые элементы, включая аминокислоты и глюкозу, и могут выносить некоторые другие молекулы на обратном пути.
Наиболее распространенная возбуждающая аминокислота глутамат , которая, как следует из ее описания, возбуждает нейроны к действию, также доставляется транспортерами. Глутамат — это химический мессенджер или нейротрансмиттер, который связывается с рецептором NMDA, который играет важную роль во множестве ключевых функций, таких как обучение, память и дыхание. Одним из способов его работы является активация каналов, пропускающих такие вещества, как кальций, натрий и калий, но, как и в большинстве случаев в организме, слишком сильная активация рецептора означает слишком много кальция и натрия, за которым следует слишком много жидкости, что известно. быть смертельным для нейронов.
Научная группа под руководством Кирова решила заняться менее изученными невозбуждающими аминокислотами.
Они использовали сложную технологию, в том числе двухфотонную лазерную микроскопию, которая позволяет им в режиме реального времени заглянуть в живую ткань, в данном случае срезы мозга, и изображения с высоким разрешением, позволяющие с помощью электронной микроскопии непосредственно исследовать ткань на наличие признаков повреждения астроцитов и нейронов из четырех из этих невозбуждающих аминокислот: L-аланин, глицин, L-глутамин и L-серин, которые являются одними из самых распространенных в плазме.
Как только гематоэнцефалический барьер стал негерметичным, астроциты и нейроны были переполнены этими аминокислотами. Клетки мозга буквально переполнялись ими, что, в свою очередь, повышало уровень натрия внутри клеток. Натрий притягивал воду, поэтому разросшиеся клетки мозга занимали больше места, что само по себе опасно в замкнутых пространствах черепа.
Астроциты, привыкшие заботиться о нейронах, теперь пытались защитить себя, открывая каналы, которые позволяют уходить лишней воде и молекулам. Глутамат также ускользнул в этот момент, что чрезмерно стимулировало рецепторы NMDA, которые чрезмерно стимулировали нейроны, которые могут быть повреждены, резко увеличены, лопнуть и умереть, по порочному, смертельному кругу.
«Мы использовали электронную микроскопию , чтобы посмотреть на синапсы, где происходит передача, и все было перепутано», — говорит Киров, который был очень удивлен количеством повреждений, вызванных невозбуждающими аминокислотами.
Чтобы подтвердить неожиданные результаты, они удалили невозбуждающие аминокислоты, и способность нейронов к общению восстановилась через 30 минут адекватного кислорода, а не ухудшилось повреждение, которое произошло, когда они присутствовали.
Когда они ингибировали рецепторы NMDA во время гипоксии, невозбуждающие аминокислоты снова не оказывали такого вредного воздействия.
«Никто не ожидал, что эти невозбуждающие аминокислоты нанесут такой вред», — повторяет Киров. Он ожидал, что в худшем случае научная группа обнаружит, что обычная функция этих аминокислот будет нарушена, потому что обычная динамика в мозге была изменена инсультом или ЧМТ.
Но их явная роль в последующем разрушении делает вмешательство в порочный круг явно новой целью разрушения, которое следует за инсультом или ЧМТ, говорит Киров. Транспортеры, которые перемещают аминокислоты, могут быть хорошей первой мишенью, говорит он, при каком-то локальном фармакологическом вмешательстве, чтобы предотвратить или уменьшить их действие сразу после инсульта или ЧМТ.
Он отмечает, что этот новый подход, вероятно, будет сочетаться с существующими подходами, которые включают, например, хирургические меры для снижения внутричерепного давления, когда оно становится слишком высоким.
Доктор Ирис Альварес-Мерц, нейробиолог и первый автор статьи, была аспиранткой Мадридского автономного университета, несколько месяцев работала с Кировым в MCG и провела сложное тестирование, выявившее полученное повреждение. У нее были некоторые предварительные результаты, основанные на менее сложных исследованиях электрофизиологии, которые рассматривают только внеклеточную электрическую активность, но для установления четкой связи между невозбуждающими аминокислотами и повреждением мозга, которое может возникнуть после инсульта , требовались более продвинутые методы, подобные тем, которые доступны в лаборатории Кирова. и ЧМТ.
До 90% пациентов с такими повреждениями головного мозга испытывают сопутствующее повреждение тканей головного мозга, прилегающих к месту повреждения, называемое полутенью, спустя часы, а иногда даже дни, что ухудшает повреждение и потенциальные перспективы выздоровления.
Глутамат, наиболее распространенный возбуждающий нейротрансмиттер, в норме постоянно рециркулируется организмом. Астроциты превращают его в глутамин, аминокислоту, которая поглощается нейронами, которые снова превращают ее в глутамат. Слишком много глутамата связано с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера и Паркинсона.
