Апоптоз при острой шиемии мозга: общие сведения
Внутри организма клеточное самоубийство, которое носит название апоптоз , является критичным для жизни. Он формирует ткани во время эмбрионального развития и удаляет поврежденные клетки у взрослых деликатным, упорядоченным образом. Но с апоптозом связаны и темные стороны. Если он запускается в неподходящее время, важные клетки могут погибнуть. В течение последних нескольких лет исследователи стали подозревать что именно это происходит когда инсульт или сердечная недостаточность приводят к уменьшению снабжения мозга кислородом. Когда снабжение кровью части мозга блокируется, как при инсульте, нейроны в наиболее серьезно поврежденной зоне погибают немедленно от кислородного голодания. Это явление известно как ишемия. Но старой загадкой в нейрологии является вопрос о том, что вызывает более постепенное отмирание (потерю) нейронов в областях внешних по отношению к ядру зоны инсульта, т.е. там, где снабжение кислородом уменьшено но не отсутствует. Эксперименты на крысах и мышах дают возможное объяснение: некоторые клетки, которые могли бы иначе восстановиться может быть погибают от ишемии потому, что повреждения запускают их программы самоубийства. Когда исследователи индуцировали ишемию мозга в лабораторных грызунах путем например временного купирования кровотока к мозгу животных, они обнаружили там умирающие нейроны, которые имели некоторые ключевые признаки апоптоза. В частности, смерть клеток по-видимому контролируется каспазами, которые организуют выполнение программы смерти клеток . Эти открытия не доказали что умирающие нейроны в действительности претерпевают апоптоз, потому что явления, происходящие с клетками, не полностью соответствуют описанию процессов в учебниках (классическому описанию).
До 80-х годов XX столетия гибель нейронов при острой церебральной ишемии ассоциировали лишь с формированием некроза ткани мозга. Однако в конце века была установлена роль другого механизма развития инфарктных изменений - апоптоза, вида программированной клеточной смерти и проведены исследования роли апоптоза в смерти нейронов и формировании инфарктных изменений при острой ишемии мозга [ MacManus J.P., Linnik M.D. 1997 , Nowak T.S. Jr., Osbome O.C. 1993 ].
При ишемии морфологические признаки апоптоза можно найти как в нейронах, так и в глиальных клетках [ Linnik M.D., Zobrist R.H. 1993 , MacManus J.P., Linnik M.D. 1997 ]. В моделях глобальной ишемии установлено преимущественное поражение апоптозом олигодендроцитов [ Petito C.K., Olarte J.-P. 1998 ].
При фокальной ишемии мозга большинство апоптозных клеток определяются вдоль внутренней границы ишемического ядра [ Charriaut-Marlangue C., Margaill I. 1996 , Charriaut-Marlangue C., Margaill I. 1995 , Li Y., Chopp M. 1995 , Linnik M.D., Zobrist R.H. 1993 , Sadoul R., Dubois-Dauphin M. 1996 ], что, возможно, отражает участие апоптозного процесса в расширении зоны инфаркта. Количество апоптозных клеток возрастает в зависимости от продолжительности фокальной ишемии мозга.
Показано, что спустя 2 ч после постоянной окклюзии средней мозговой артерии и через 24 ч от начала реперфузии в ишемизированном стриатуме находят клетки, подвергшиеся апоптозу, среди которых 90-95% нейронов , около 5-10% астроцитов и не более 1% эндотелиальных клеток [ Chopp M., Li Y. 1996 ]. Количество апоптозных клеток увеличивается максимально через 24-48 ч после индуцированной ишемии, и впоследствии имеет тенденцию к снижению, однако остается достоверно повышенным, по сравнению с контрольными животными, около 4 нед после окклюзии. Длительное функционирование апоптоза дополнительно подтверждает динамический характер процесса клеточного умирания и свидетельствует о том, что мероприятия, проводимые даже недели спустя от начала ишемического инсульта, могут защищать ишемизированную ткань мозга.
Феномен ДНК-фрагментации в нейронах, подвергшихся транзиторной глобальной ишемии, продемонстрирован в целой серии работ. Большие дозы нейротрофина BDNF спасали нейроны CA1 зоны гиппокампа от апоптозного повреждения при ишемии [ Beck Т., Lindholm D. 1994 , Kihara S., Shiraishi Т. 1994 , MacManus J.P., Linnik M.D. 1997 , Tobita M., Nagano I. 1995 , Wiessner C., Vogel P. 1996 ].
Выявлена прямая связь экспрессии генов раннего реагирования - fas , c-jun , mkp-1 - и синтеза стресс-белков (HSP72) с индукцией механизмов апоптоза [ Wiessner C., Vogel P. 1996 ]. В условиях in vitro было показано, что микроинъекция антител к белкам семейства Fos и белкам семейства c-Jun может блокировать апоптоз.
Показано также увеличение экспрессии bcl-2 генов и синтеза стресс-белков HSP72 в выживших при острой фокальной ишемии нейронах [ Chen J., Graham S.H. 1995 ]. Проведенные исследования подтвердили повышение содержания белка Bcl-2 и белка Bcl-x в выживших нейронах периинфарктной области, тогда как нарастание концентрации белков Bax связано с процессом фрагментации ДНК и клеточной смертью в ядерной зоне инфаркта . Через 6 ч после окклюзии средней мозговой артерии достоверно увеличиваются экспрессия bax мРНК и синтез белков Вах в тяжело ишемизированных нейронах коры переднего мозга и таламуса , наблюдается умеренное повышение уровня транскрипции генов bcl-x в клетках ишемизированной ткани мозга [ Isenmann S., Stall G. 1998 , Gillardon F., Lenz C. 1996 , Asahi M., Hoshimaru M. 1997 ].
Наилучшим доказательством участия апоптоза в гибели клеток мозга при ишемии является протективное действие генетических или фармакологических вмешательств, направленных на его селективное торможение. Показано, что экспериментальная избыточная трансгенная экспрессия гена bcl-2 [ Martinou J.C., Dubois-Dauphin M. 1994 ] или же превнесение гена посредством герпес-вирусного вектора [ Lawrence M.S., Ho D.Y. 1996 , Linnik M.D., Zobrist R.H. 1993 ] в равной степени уменьшают размер инфаркта мозга у мышей, подвергавшихся фокальной ишемии, а также улучшают выживаемость нейронов CA1 зоны гиппокампа при глобальной ишемии [ Kitagawa K., Hayashi Т. 1998 ]. Установлено уменьшение размеров инфаркта мозга при транзиторной фокальной ишемии у мышей, не экспрессирующих ген bax [ Lee J.M., Zipfel G.J. 1999 ].
Установлено, что в кортикальных и стриарных нейронах уже через несколько часов после экспериментальной транзиторной ишемической атаки происходит активация каспазы-3 - фермента, характеризующегося наибольшей гомологией с летальным геном ced-3 Caenorhabditis elegans [ Nomura S. et al. 1998 , Xue D., Shaham S. 1996 ]. При внутрижелудочковой инфузии ингибитора каспаз z-DEVD.fmk сокращается размер инфаркта при фокальной ишемии, а также количество погибших нейронов Ca1 зоны гиппокампа при транзиторной глобальной ишемии [ Hara H., Fink K. 1997 , Chen J., Nagayama Т. 1998 ].
Эти данные подтверждают результаты, полученные in vitro. Показано, что культура корковых нейронов мыши, временно лишенная кислорода и глюкозы, погибает по типу эксайтотоксического некроза. Однако после блокады эксайтотоксичности NMDA- и AMPA/каинатными антагонистами с удлинением периода депривации (с целью преодоления терапевтического эффекта этих препаратов) нейроны подвергаются апоптозу, чувствительному к действию ингибитора каспаз z-VAD.fmk [ Gottron F.J., Ying H.S. 1997 ]. Нейропротективное действие ингибиторов каспаз при ишемическом инсульте in vivo может быть частично связано с торможением ИЛ-1бета-превращающего фермента и подавлением индуцированного ИЛ-1бета воспаления [ Rothwell N., Allan S. 1997 ], однако в культуре клеток его нельзя объяснить этим механизмом, поскольку при добавлении высоких концентраций ИЛ-1 нейропротективный эффект не исчезает.
Определено участие белка Р53 и белка Р21 в развитии апоптозных изменений в нейронах CA1 зоны гиппокампа при преходящей ишемии переднего мозга [ Chopp M., Li Y. 1996 , Clarke A.R., Purdie C.A. 1993 , Stabberod P., Tomasevic G. 1994 ]. Окклюзия средней мозговой артерии сопровождается значительным увеличением уровня Р53 в очаге ишемии [ Chopp M., Li Y. 1992 , Li Y., Chopp M. 1994 ]. Область инфаркта уменьшается у трансгенных мышей, лишенных Р53 [ Crumrine R.C., Thomas A.L. 1994 ], что подчеркивает его участие в процессах апоптоза при ишемическом инсульте.
Смотрите также:
