Особенности Глиальные барьеры

Глиальные барьеры, формирующиеся при травматическом повреждении мозга, представлены двумя структурами. Это глиальный рубец и стенка патологических полостей (цист или кист).

Обе эти структуры имеют сходное строение и содержат в качестве доминирующего клеточного типа реактивные астроциты. И в глиальном рубце, и в стенке патологических полостей астроциты вырабатывают одни и те же молекулы ингибиторы роста аксонов, в первую очередь наиболее изученные хондроитин-сульфат протеогликаны (Bradbury et al. 2011, Kawano et al., 2012).

Интерес к изучению глиальных барьеров обусловлен устоявшимся представлением об их роли в подавлении процесса нейрорегенерации. В основе этого отрицательного действия присутствуют две составляющие.

Одна из них — это формирование реактивными астроцитами физического барьера, другая и, пожалуй, более значимая представлена специфическим торможением роста аксонов молекулами-ингибиторами, продуцируемыми реактивными астроцитами. Вместе с тем возникающие при травме мозга глиальные барьеры играют положительную роль, разделяя компартменты поврежденной и нормальной ткани и способствуя восстановлению гематоэнцефалического барьера. Эту роль связывают также с участием глиальных барьеров в поддержании целостности мозга и реконструкции поврежденной ткани, необходимостью предотвращения нежелательных клеточных реакций, распространения инфекционных агентов.

Формирующиеся барьерные глиальные структуры оказывают стимулирующее влияние на процессы неоваскуляризации, что важно для трофики ткани и метаболического обеспечения процесса нейрорегенерации. К полезным свойствам глиального рубца относят его способность ограничивать воспалительный ответ и сдерживать дегенерацию клеток. Кроме того, рассматривая позитивную роль глиального рубца, следует учитывать и то, что многие молекулы, вырабатываемые астроцитами, оказывают нейротрофическое влияние, а сами астроциты формируют потенциальное пространство для роста аксонов.

Процесс образования патологических полостей наиболее выражен при контузионной травме спинного мозга. В результате прогрессирующей кавитации с продолжительностью от суток до нескольких недель размер полости может значительно превысить размер исходной области повреждения (Рис. 5). Причины возникновения патологических полостей подробно не изучены. В качестве гипотез рассматривают ишемию, геморрагии, активацию пептидаз, гидродинамический удар, макрофагальную инфильтрацию и воспаление (Fitch et al. 1999, Loy et al. 2002, Miranda et al. 2012, Ek et al. 2012).

полости на поперечных срезах спинного мозга 

Рис. 5. Полости на поперечных срезах спинного мозга крысы после контузионной травмы (обозначены звездочками) [Hwang et al. 2009]. Длина отрезков 500 мкм

На сегодняшний день главной причиной прогрессивного образования патологических полостей при травме спинного мозга считают воспаление. Активация макрофагов приводит к усилению воспалительного ответа, кавитации и продукции в белом веществе молекул-ингибиторов роста аксонов, таких как протеогликаны (Fitch et al. 1999, Young 2014, Bartus 2014). Из упомянутых гипотетических причин развития патологических полостей наиболее изучено значение молекулярных и клеточных механизмов воспаления, которые индуцируют и поддерживают специфические изменения фенотипа наиболее представительной и гетерогенной популяции глиальных клеток-астроцитов.

Глиальный рубец образуется при нарушении целостности гематоэнцефалического барьера и проникновении в ткань мозга молекул из внутренней среды организма, обычно отсутствующих в центральной нервной системе. Барьер остается проницаемым для подобных молекул из крови в течение двух недель после нанесения травмы. Прослежена прямая корреляция между степенью дезинтеграции гематоэнцефалического барьера, интенсивностью процесса образования глиального рубца и выраженностью инфильтрации ткани в эпицентре травмы активированными макрофагами (Kawano et al. 2012).

При травме спинного мозга глиальный рубец представлен компактным скоплением реактивных астроцитов. Они образуют многочисленные интенсивно ветвящиеся, но более короткие отростки по сравнению с интактными астроцитами, у которых области присутствия ветвления отростков не перекрываются. Перикарионы реактивных астроцитов, в том числе пролиферирующих, а также плотная перекрывающая соседние клетки сеть их отростков, связанных щелевыми контактами, фактически и образуют глиальный барьер, препятствующий росту аксонов. Кроме реактивных астроцитов как главного клеточного компонента в составе глиального рубца, присутствуют предшественники макроглии, а также активно проникающие в рубец реактивные микроглия / макрофаги. При нарушении целостности твердой мозговой оболочки в составе глиального рубца обнаруживаются фибробласты и периваскулярные клетки.

Повреждение спинного мозга, в первую очередь контузионная травма, сопровождается образованием патологических полостей (патологическая кавитация). Они возникают в результате первичного повреждения и в начале развития патологического процесса занимают ограниченную область эпицентра травмы и имеют небольшие размеры. В дальнейшем, по мере развития вторичного повреждения, их размеры значительно увеличиваются, они сливаются и формируют большую полость в пределах серого и белого вещества, отделенную от сохраненной ткани глиальным барьером (посттравматическая сирингомиелия).

По мере развития воспаления в эпицентр травмы активно проникают макрофаги, что заставляет астроциты мигрировать в противоположном направлении, т.е. из фокуса воспаления на периферию, и формировать глиальный барьер (glia limitans), который отделяет формирующуюся полость от окружающей сохраненной ткани мозга (Fitch et al. 1999).

Региональные стволовые клетки в спинном мозге по определению могут участвовать в замещении утраченной ткани и заполнении патологических полостей.

На модели экспериментально созданной патологической полости в спинном мозге крысы путем введения квисквалевой кислоты к концу второй недели было показано 20-кратное увеличение количества клеточных предшественников, присутствие которых прослежено до конца второго месяца после нанесения травмы (Tu et al. 2011). Подавляющее большинство этих клеток было локализовано в сером веществе вдоль границы между полостями и окружающей тканью и было представлено мультипотентными нейральными клетками, предшественниками олигодендроцитов и астроцитами. С присутствием нейральных предшественников связывают возможность восстановления структуры спинного мозга при посттравматической сирингомиелии, а глиальные клетки, ограничивающие полости, рассматриваются в качестве барьера, сдерживающего рост полостей.

Шаймарданова Г. Ф. Генно-клеточная терапия для стимулирования нейрорегенерации при травме спинного мозга.

ПОХОЖИЕ МАТЕРИАЛЫ

Травма спинного мозга