Изучение головного мозга можно сравнить с исследованием огромного и сложного города. Сначала ученые могли наблюдать за ним только издалека, не имея возможности разглядеть замысловатые детали зданий, улиц, и население. Однако с развитием новых технологий они смогли увеличить масштаб и изучить город более детально, раскрыв его многочисленные скрытые секреты.
История нейроглии началась в XIX веке с немецкого ученого по имени Рудольф Вирхов. В 1856 году Вирхов изучал мозг под микроскопом и заметил нечто особенное. Он увидел крошечные клетки, которые совсем не походили на нейроны. Он назвал их «нервный клей» или нейроглия, так как думал, что они просто удерживают нейроны вместе. Но он не знал, что эти клетки имели гораздо более важные функции, чем просто склеивание.
В конце XIX века Камилло Гольджи разработал технику окрашивания серебром для визуализации нервной ткани, известную как окрашивание по Гольджи, которая стала важным шагом в изучении в том числе нейроглии. Это похоже на освещение города светом, с возможностью рассмотреть его многочисленные сооружения и жителей. Со временем все больше исследователей стали изучать нейроглию, и они постепенно обнаруживали всё больше замечательных функций и способностей этих клеток.
По мере того, как ученые делились друг с другом своими находками, научное сообщество создавало всё более полную и подробную картину «города мозга» и его многочисленных обитателей.
— Главная роль глиальных клеток в «городе мозга»
Если представить себе мозг как шумный город, кипящий жизнью, то нейроны в этом городе — это знаменитости, о которых все говорят. Именно они отвечают за передачу информации, принятие решений и оркестровку симфонии мыслей, эмоций и действий, которые определяют наше существование. Но, как и в любом городе, существует скрытая рабочая сила, которая обеспечивает бесперебойную работу всего организма, часто оставаясь незамеченной и недооцененной. В «городе мозга» этот герой – нейроглия.
Нейроглия, или просто глия, — это обслуживающий персонал мозга. Это дворники, электрики, строители и охранники, которые поддерживают инфраструктуру и обеспечивают эффективное и результативное выполнение нейронами своих задач. Раньше считалось, что соотношение нейроглий и нейронов составляет примерно 10:1. Недавние исследования и переоценка исторических количественных данных показывает, что общая пропорция составляет менее 1:1. Однако это может сильно меняться в зависимости от конкретной области мозга, возраста и здоровья, поскольку некоторые участки иногда могут нуждаться в гораздо большей поддержке, чем другие. Это отражает важность глиальных клеток для поддержания инфраструктуры мегаполиса.
— Типы и функции глиальных клеток
В нашем мозге есть несколько типов глиальных клеток, у каждого из которых свои уникальные обязанности. Давайте познакомимся с этими старательными работниками и узнаем об их важнейших функциях.
1) Астроциты — это главные архитекторы мозга, формирующие его структуру и направляющие развитие нейронов. Они подобны градостроителям, следящими за тем, чтобы у каждого нейрона было подходящее место для дома. Астроциты также выступают в роли снабженцев, обеспечивая нейроны питательными веществами и энергией. Можно представить их в роли любящих сиделок, которые готовят еду и заботятся о потребностях нейронов, чтобы они могли сосредоточиться на своей важной работе.
Недавние исследования показали, что астроциты к тому же участвуют в синаптической пластичности — процессе, в ходе которого прочность связей между нейронами изменяется в ответ на опыт.
Кроме этого, астроциты играют важную роль в поддержании и сохранении гематоэнцефалического барьера. Их можно представить в виде искусных инженеров, которые проектируют и укрепляют крепостные стены. Они вытягивают свои звездообразные руки, называемые отростками, чтобы обхватить кровеносные сосуды, обеспечивая структурную поддержку и целостность барьера. Таким образом они обеспечивают целостность барьера и регулируют прохождение веществ между кровеносной системой и мозгом.
2) Олигодендроциты — это электрики мозга, ответственные за изоляцию аксонов нейронов богатой липидом субстанцией, называемой миелином. Эта изоляция подобна резиновому покрытию на электрических проводах. Она позволяет электрическим сигналам проходить быстрее и эффективнее. Без усердной работы олигодендроцитов наши мысли и действия были бы вялыми и нескоординированными. Без миелина мозг не смог бы нормально функционировать. Такие заболевания, как рассеянный склероз, при которых повреждается миелиновая оболочка, могут привести к целому ряду неврологических симптомов.
Однако функции олигодендроцитов не ограничиваются только обеспечением эффективной электрической проводимости в нервной системе. Они также играют важную роль в поддержании здоровья и жизнеспособности нейронов. Олигодендроциты обеспечивают нейроны необходимыми нутриентами, а также участвуют в очистке от шлаков и токсинов. Без этой поддержки нейроны могут стать менее эффективными, а в конечном итоге и вовсе погибнуть.
Кроме того, недавние исследования предполагают, что олигодендроциты могут играть ключевую роль в обучении и памяти. Они могут «перемиелинизировать» аксоны в ответ на новые опыты или информацию, улучшая таким образом проводимость нервных импульсов и эффективность нейронных сетей. Это означает, что олигодендроциты могут способствовать пластичности мозга, адаптируя его структуру и функцию к новым условиям или информации.
3) Микроглия — это иммунные клетки мозга, действующие как охранники, которые патрулируют «город мозга», следя за любыми признаками неприятностей. Они первыми реагируют на травму или инфекцию, неустанно работая над защитой нейронов от повреждений. Клетки микроглии также выполняют роль уборщиков, очищая мозг от мусора и отходов, которые накапливаются в нем. Это работники, которые поддерживают чистоту и безопасность, позволяя нейронам функционировать наилучшим образом.
Микроглия также участвует в синаптической обрезке (синаптический прунинг) — процессе, в ходе которого устраняются слабые или ненужные связи между нейронами. Также недавние исследования показали, что микроглия играет определенную роль в нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, и что дисфункция микроглии может способствовать развитию этих заболеваний.
4) Эпендимоциты — это хранители водных путей мозга, которые играют важнейшую роль в производстве и циркуляции спинномозговой жидкости (ЦСЖ), что служит подушкой безопасности для головного и спинного мозга. Они образуют тонкий непрерывный слой, выстилающий желудочковую систему, которая представляет собой ряд взаимосвязанных полостей, заполненных ЦСЖ. Эти клетки снабжены ресничками — крошечными волосовидными структурами, которые бьются в согласованных волнах, подобно веслам на гребной лодке. Эти движения ресничек продвигают ЦСЖ по желудочкам, обеспечивая ее циркуляцию и правильное распределение.
Помимо роли проводников жидкости в мозге, эпендимальные клетки также служат барьером между ЦСЖ и мозговой тканью, подобно защитному рву, окружающему замок. Эта барьерная функция имеет решающее значение для поддержания тонкого баланса внутренней среды мозга.
5) Радиальная глия — это строители развивающегося мозга. Во время эмбрионального развития эти клетки вытягивают длинные тонкие отростки, называемые радиальными волокнами, которые охватывают всю толщу коры головного мозга. Эти волокна служат направляющим каркасом для миграции новорожденных нейронов, подобно канатам и лестницам, используемым строителями для перемещения по строительной площадке.
Кроме своей структурной роли, радиальная глия еще выполняет функцию нейронных предшественников, давая начало новым нейронам и другим глиальным клеткам. Эта двойная роль делает их похожими на комбинацию строителей и прорабов, контролирующих сборку сложной схемы мозга.
— Динамический танец нейроглии и нейронов
В «городе мозга» клетки нейроглии и нейроны работают вместе в тонком и сложном танце, и каждый из партнеров полагается на другого в выполнении своей роли. Это партнерство необходимо для поддержания здоровья и правильного функционирования всего мозга.
Например, когда нейрон посылает импульс действия, он высвобождает химические вещества, называемые нейротрансмиттерами, которые подобны письмам и пакетам, которые нейроны посылают для связи друг с другом. Астроциты помогают регулировать эту связь, контролируя уровень нейротрансмиттеров в мозге, действуя как почтовые работники, которые сортируют и доставляют эти сообщения.
Аналогичным образом, когда мозг получает травму или подвергается атаке, микроглия начинает действовать, очищая его от поврежденных клеток и мусора и выделяя химические вещества, которые помогают восстановить повреждения. Это похоже на работу городской группы быстрого реагирования, которая неустанно трудится над восстановлением порядка и реконструкцией после катастрофы.
— Современные исследования нейроглии и будущее
В стремлении расширить границы нашего понимания, современная наука совершила удивительные открытия, касающиеся функций клеток нейроглии. Интерес к этой теме возрос после научных работ, в которых было обнаружено, что астроциты при определенных условиях могут быть трансформированны в нейроны. Это открытие, выполненное командой исследователей под руководством Gong Chen из Университета штата Пенсильвания, дает нам надежду на возможность регенерации поврежденной нервной ткани (см. «In Vivo Neuroregeneration to Treat Ischemic Stroke Through NeuroD1 AAV-Based Gene Therapy in Adult Non-human Primates», 2020).
Кроме того, была выявлена роль глиальных клеток в нейропластичности, формировании и поддержании памяти. Например, недавние исследования, проведенные учеными из Университета Рутгерса, показали, что астроциты могут влиять на структуру и функцию синаптических соединений, которые играют важную роль в процессах обучения и памяти (см. «Astrocytes and synaptic plasticity in health and disease», 2017). Возможно, в будущем мы сможем использовать эти новые знания о нейроглии для разработки новых подходов к лечению мозга после травм и болезней.
Прогресс в понимании критической роли микроглии в развитии мозга и нейродегенеративных заболеваниях был весьма поучителен. Микроглия известна своей ролью в синаптическом прунинге в период развития мозга, что жизненно важно для поддержания его здоровья. Однако исследования группы Бет Стивенс из Гарвардской медицинской школы также раскрыли разрушительный потенциал этих клеток, показав, что отклоняющаяся от нормы активность микроглии может привести к чрезмерному обрезанию синапсов, способствуя развитию нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера (см. «Complement and microglia mediate early synapse loss in Alzheimer mouse models», 2016).
Если заглянуть в будущее, то изучение нейроглии может привести нас к новой эре науки о мозге. По мере углубления нашего понимания этой системы мы можем представить себе мир, в котором нейрорегенеративная терапия станет обычным делом. Представьте себе будущее, где преобразование астроцитов в новые нейроны станет стандартным методом лечения жертв инсульта, или где мы сможем контролировать активность микроглии, чтобы предотвратить чрезмерное обрезание синапсов у пациентов с болезнью Альцгеймера. Перспективы современных исследований нейроглии, которые являются маяком надежды для бесчисленных пациентов и их семей — очень обнадеживают.
Материал подготовлен:
С. Корнецкая и А. С.
См. также:
— «Нейропластичность мозга: научный и исторический обзор»
https://osnauka.ru/nejroplastichnost-mozga-nauchnyj-i-istoricheskij-obzor
— «Анатомическое строение мозга: краткий обзор»
https://osnauka.ru/anatomicheskoe-stroenie-mozga-kratkij-obzor
— «Крупномасштабные сети мозга и оркестр сознания»
https://osnauka.ru/krupnomasshtabnye-seti-mozga-i-orkestr-soznaniya
— «Нейрохимические вещества: типы, функции и различия»
ч.1 https://osnauka.ru/nejrohimicheskie-veshhestva-tipy-funktsii-i-razlichiya-chast-1
ч.2 https://osnauka.ru/nejrohimicheskie-veshhestva-tipy-funktsii-i-razlichiya-chast-2
— «Клеточные рецепторы (основные типы, структура, функции, фармакология)»
https://osnauka.ru/kletochnye-retseptory-osnovnye-tipy-struktura-funktsii-farmakologiya
— «Нейротрансмиттеры (принципы работы, жизненный цикл, баланс)»
https://osnauka.ru/nejrotransmittery-printsipy-raboty-zhiznennyj-tsikl-balans
— «Нейроны: крошечные супергерои (строение, принципы работы, типы)»
https://osnauka.ru/nejrony-kroshechnye-supergeroi-stroenie-printsipy-raboty-tipy
— «Строение и функции клеток»
https://osnauka.ru/stroenie-i-funktsii-kletok
