Почему с возрастом нервная система хуже восстанавливает потерянные клетки

Эксперимент на сетчатке показал: старение меняет не только сами клетки, но и среду, в которой им приходится восстанавливаться

Идея, которая ещё недавно казалась почти невозможной

При глаукоме погибают ганглиозные клетки сетчатки — нейроны, передающие зрительную информацию от глаза в мозг. Современная медицина пытается прежде всего замедлить дальнейшее повреждение. Но регенеративная медицина ставит более сложный вопрос: можно ли заменить уже потерянные нервные клетки?

Один из возможных источников таких клеток находится прямо внутри сетчатки.

Это глия Мюллера — длинные поддерживающие клетки, проходящие практически через всю толщину сетчатки. В норме они помогают нейронам поддерживать подходящую химическую среду, участвуют в обмене веществ и выполняют множество других обслуживающих функций.

Но у некоторых животных их возможности значительно шире.

У рыб данио после повреждения сетчатки глия Мюллера способна вернуться в состояние, напоминающее клетки-предшественники, начать делиться и дать начало новым нейронам. У млекопитающих эта регенеративная программа почти не работает сама по себе.

Поэтому исследователи пытаются включить её искусственно.

Как вспомогательную клетку заставляют сменить профессию

У каждой клетки организма практически один и тот же набор ДНК. Различия между нейроном, клеткой кожи или глиальной клеткой во многом определяются тем, какие гены в данный момент активны.

Управлять этой системой помогают транскрипционные факторы — белки, которые регулируют активность генов.

Если подобрать нужную комбинацию таких факторов, можно попытаться изменить программу клетки. Проще говоря, исследователи не пересаживают в сетчатку готовый нейрон, а пытаются заставить одну из уже находящихся там клеток сменить свою биологическую специализацию.

В 2017 году исследователи показали, что глию Мюллера в сетчатке взрослых мышей можно стимулировать к образованию новых нейронов. В последующие годы появилось несколько стратегий такого перепрограммирования.

Но здесь возникла принципиальная проблема.

Многие эксперименты проводились на относительно молодых животных. А заболевания, ради которых разрабатываются подобные технологии, — прежде всего глаукома и другие нейродегенеративные состояния — особенно актуальны в старшем возрасте.

Иными словами, метод учились применять не совсем в той биологической среде, где он больше всего нужен.

Старение сетчатки оказалось самостоятельным препятствием

Команда Леви Тодда решила проверить, насколько хорошо перепрограммирование работает в стареющей сетчатке.

Исследователи использовали три разные стратегии на основе транскрипционных факторов. Результат оказался последовательным: во всех случаях глия Мюллера стареющих мышей значительно хуже превращалась в новые нейроны.

Это важное наблюдение.

Проблема оказалась не особенностью одной конкретной технологии. Возраст ткани сам по себе создавал барьер для нейрональной регенерации.

Чтобы понять, что происходит внутри клеток, исследователи применили одноклеточное секвенирование РНК. Такой метод позволяет посмотреть, какие гены активны в отдельных клетках, а значит — увидеть, какую биологическую программу каждая из них выполняет.

И здесь обнаружилось ключевое различие.

Старая клетка получает команду на регенерацию — но отвечает на неё иначе

Для превращения глии в нейрон клетка должна сначала перейти в более пластичное состояние и активировать программу, характерную для клеток-предшественников.

В молодой ткани это происходило значительно успешнее.

Стареющая глия хуже включала такую программу. Вместо неё клетки чаще переходили в реактивное состояние и активировали гены, связанные с воспалительными процессами.

Одновременно менялась и окружающая среда. После повреждения стареющая сетчатка демонстрировала более выраженную нейроиммунную реакцию.

Получается двойной барьер.

С одной стороны, стареет сама клетка: ей труднее изменить свою идентичность.

С другой — меняется ткань вокруг неё: иммунная и воспалительная среда становится менее благоприятной для регенерации.

Именно здесь исследование меняет привычный взгляд на проблему.

Воспаление при старении — не просто фон

С возрастом во многих тканях возникает хроническое слабовыраженное воспалительное состояние. Для него существует отдельный термин — inflammaging, или «воспалительное старение».

Это не то же самое, что острое воспаление при инфекции или травме. Речь идёт о долговременном изменении активности иммунной системы и сигнальных молекул в стареющих тканях.

В нервной системе ситуация особенно сложна.

Мозг и сетчатка обладают механизмами, ограничивающими проникновение компонентов периферической иммунной системы. С возрастом работа этих барьеров и иммунная регуляция меняются. Предыдущие исследования группы Тодда также показали, что проникновение моноцитов в повреждённую сетчатку может ограничивать образование нейронов из глии Мюллера.

Поэтому исследователи решили проверить: что произойдёт, если уменьшить воспалительный ответ?

Дексаметазон частично вернул способность к регенерации

Для иммуномодуляции исследователи использовали дексаметазон — глюкокортикоидный препарат с мощным противовоспалительным действием.

Результат оказался принципиально важным: подавление воспаления частично восстановило образование новых нейронов в стареющей сетчатке.

Не полностью.

И это различие критично.

Эксперимент не показывает, что дексаметазон способен «омолодить сетчатку», восстановить зрение или лечить глаукому. Он также не означает, что противовоспалительные стероиды следует применять ради регенерации нервной системы.

Результат говорит о другом: часть возрастного барьера оказалась обратимой.

Если бы снижение регенерации объяснялось исключительно необратимыми изменениями самих старых клеток, воздействие на воспалительную среду не должно было бы заметно помогать. Но оно помогло.

Значит, по крайней мере часть проблемы находится не внутри перепрограммируемой клетки, а вокруг неё.

Почему одного подавления воспаления оказалось недостаточно

Дексаметазон восстановил нейрогенез только частично. Это согласуется с другой частью результатов: старение затрагивает не только иммунную среду.

Сама глия Мюллера с возрастом хуже переходит в состояние клеток-предшественников. Меняется доступность генетических программ, реакция на сигналы и способность клетки менять свою специализацию.

Поэтому будущая регенеративная терапия, если такой подход окажется применим к человеку, вероятно, потребует решения сразу нескольких задач.

Нужно будет не просто дать клетке команду «стань нейроном».

Необходимо создать условия, в которых старая клетка сможет эту команду выполнить.

Это гораздо более сложная задача — но одновременно и более реалистичная модель того, как работает стареющая ткань.

При чём здесь глаукома, болезнь Альцгеймера и Паркинсона

Сетчатка удобна для подобных исследований, но работа имеет более широкий научный контекст.

Она является частью центральной нервной системы. Поэтому фундаментальный вопрос — почему стареющие клетки нервной системы хуже поддаются регенеративному перепрограммированию — потенциально важен далеко за пределами офтальмологии.

Нейродегенеративные заболевания в большинстве случаев тесно связаны с возрастом. Если будущие методы лечения болезни Паркинсона, болезни Альцгеймера, последствий повреждений мозга или глаукомы будут основаны на замещении погибших нейронов, возраст ткани станет одним из ключевых факторов эффективности.

Но здесь важно не перепрыгивать через несколько ступеней доказательств.

Исследование проводилось на мышах и изучало сетчатку. Оно не показывает, что тот же метод восстановит нейроны человеческого мозга. Тем более оно не доказывает возможность лечения болезни Альцгеймера или Паркинсона подавлением воспаления.

Это пока фундаментальная биология регенерации.

Однако именно она обнаруживает проблему, которую будущие терапии должны будут учитывать.

Главная задача теперь — выяснить, какое именно воспаление мешает

Дексаметазон действует широко. Он подавляет множество компонентов воспалительной реакции, поэтому использовать его результат как готовую терапевтическую стратегию слишком рано.

Следующий вопрос гораздо интереснее: какие конкретно молекулы мешают регенерации?

Если исследователям удастся найти определённый цитокин, рецептор или сигнальный путь, который блокирует переход глии в нейрональное состояние, воздействие можно будет сделать значительно более точным.

Авторы прямо рассматривают возможность поиска таких мишеней, включая перспективу блокирования отдельных воспалительных путей антителами.

Это принципиальное отличие от общей иммуносупрессии. Вместо того чтобы подавлять иммунную систему целиком, потенциально можно попытаться убрать именно тот сигнал, который мешает регенерации.

До клинического применения такой идеи ещё далеко. Но направление исследования стало значительно конкретнее.