Повреждения головы, включая легкие сотрясения, способны инициировать в мозге каскад процессов, которые расстраивают взаимодействие нейронов, долговременную память и мыслительные способности. Такие данные были опубликованы 15 июня в издании Medical Xpress.
Ученые выявили ранее неизвестный способ взаимодействия врожденного иммунного рецептора мозга — toll-подобного рецептора 4-го типа (TLR4) — с ферментом MMP-9, активирующимся после травматического поражения. В нормальном состоянии MMP-9 задействован в реорганизации нейронных контактов и внеклеточного матрикса — структурного окружения нейронов. Но после травмы головы функционирование этого механизма выходит из строя, нарушая естественное равновесие в тканях мозга.
«Травма мозга активирует TLR4 в нейронах. Сигнализация TLR4 вызывает повышение уровня MMP-9. Повышенный MMP-9 изменяет то, как нейроны взаимодействуют друг с другом, что приводит к усиленной возбудимости сети, связанной с судорогами и нарушением когниции. Прямая связь между нейрональным TLR4 и MMP-9 в поврежденном мозге — это ключевое звено», — объяснил ведущий автор исследования, ассистент-исследователь кафедры молекулярной, клеточной и системной биологии Дипак Субраманиан.
В опытах на грызунах, перенесших легкие и умеренные сотрясения, исследователи зарегистрировали внезапный скачок концентраций TLR4 и MMP-9 непосредственно после повреждения. При блокировке сигнального пути TLR4 — с помощью лекарственных средств у крыс или генетической модификации у мышей — содержание MMP-9 не менялось.
Нормальная деятельность мозга опирается на точное соотношение возбуждающих и тормозных сигналов. Травма разрушает это равновесие, в результате складываются нестабильные и избыточно возбудимые нейронные ансамбли.
«Это показало нам, что TLR4 стоит выше MMP-9 в цепочке событий. Привлекая фермент, дестабилизирующий нейронную коммуникацию, иммунный рецептор управляет изменениями в паттернах нейронной активности. Это важно, поскольку до сих пор оставалось загадкой, как именно иммунная сигнализация способна влиять на функции нейронов», — отметил Субраманиан.
Исследователь уточнил, что при ослаблении торможения или чрезмерном усилении возбуждения рисунки активности нейронной сети теряют четкость. Тогда вместо результативной передачи данных по сети начинает распространяться излишний шум, мешающий обучению, а также формированию и извлечению воспоминаний.
У травмированных зверей ученые зарегистрировали снижение синаптической пластичности — свойства мозга усиливать и перестраивать нейронные контакты при обучении. Спустя месяц после повреждения у этих животных наблюдались расстройства пространственной памяти. В то же время особи, которым в течение первых 48 часов вводили блокаторы TLR4 или MMP-9, демонстрировали заметно лучшие результаты в поведенческих испытаниях, и положительное действие сохранялось через месяц.
Интересно, что TLR4 не является исключительно «вредоносным» рецептором. В здоровом, нетронутом мозге он работает как гомеостатический регулятор, сохраняющий равновесие активности. Блокировка его сигнального пути у здоровых животных, напротив, провоцировала расстройства памяти и гиперактивность мозга. Авторы подчеркивают недооцененную угрозу легких сотрясений, в том числе полученных во время занятий спортом и в быту.
«Даже легкое сотрясение может внутренне запустить долгосрочные изменения в мозге», — предупредил Субраманиан.
Вместе с тем ученые предупреждают: терапевтическое вмешательство в иммунные сигнальные пути пока сопряжено с техническими трудностями. Оба белка — TLR4 и MMP-9 — выполняют важные задачи и в нормальной работе мозга.
Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха 9 июня установили, что скопление неактивной формы белка GRK2 способно стать ключевым фактором развития болезни Альцгеймера. Согласно работе, протеин GRK2, обычно обеспечивающий функционирование нервных клеток и сердца, при преобразовании в неактивную разновидность начинает накапливаться в мозге пациентов с деменцией.