Травматические повреждения головы, включая даже нетяжелые сотрясения, способны инициировать в мозге каскад процессов, которые расстраивают взаимодействие нейронов, долговременную память и мыслительные способности. Эта информация была опубликована 15 июня в Medical Xpress.
Специалисты выявили ранее неизвестную схему взаимодействия между врожденным иммунным рецептором мозга — toll-подобным рецептором четвертого типа (TLR4) — и энзимом MMP-9, активирующимся после травмы. В нормальном состоянии MMP-9 помогает перестраивать нейронные цепи и внеклеточный матрикс, служащий опорной средой для нейронов. Однако при черепно-мозговой травме данный механизм дает сбой, что разрушает естественное равновесие в церебральных тканях.
«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 ходе опытов на грызунах с легкими и средними сотрясениями ученые отметили стремительный рост концентрации как TLR4, так и MMP-9 сразу после повреждения. Когда активность TLR4 подавляли — медикаментозно у крыс либо методами генной инженерии у мышей — показатели MMP-9 оставались стабильными.
Нормальная деятельность мозга опирается на тонкое равновесие между стимулирующими и угнетающими импульсами. Травма разрушает этот баланс, порождая неустойчивые и гиперактивные 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 процессов торможения или чрезмерном возбуждении модели активности нейросети теряют четкость. Вместо эффективного транслирования информации по сети распространяется хаотический шум, мешающий обучению, запоминанию и извлечению воспоминаний.
У подопытных животных с травмами головы ученые зафиксировали ослабление синаптической пластичности — свойства мозга усиливать и перестраивать межнейронные связи во время обучения. Спустя месяц после повреждения у таких особей проявлялись дефекты пространственной памяти. В то же время грызуны, получавшие блокаторы TLR4 или MMP-9 в начальные 48 часов после травмы, демонстрировали заметно лучшие результаты в поведенческих экспериментах, причем положительное действие сохранялось по прошествии месяца.
Любопытно, что TLR4 нельзя считать исключительно «деструктивным» рецептором. В интактном мозге он выступает регулятором гомеостаза, поддерживая стабильность мозговой деятельности. Когда у здоровых животных искусственно прерывали его сигнальные пути, это, наоборот, провоцировало расстройства памяти и церебральную гиперактивность. Авторы работы подчеркивают недооценку рисков легких сотрясений, получаемых, в частности, во время занятий спортом или в быту.
«Даже легкое сотрясение может внутренне запустить долгосрочные изменения в мозге», — предупредил Субраманиан.
Вместе с тем специалисты остерегают: прицельное влияние на иммунные сигнальные каскады остается технически непростой проблемой. Оба протеина — TLR4 и MMP-9 — имеют значение и для обычной работы мозга.
Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха 9 июня обнаружили, что накопление неактивной формы белка GRK2 может быть ключевым фактором развития болезни Альцгеймера. Исследование показало, что белок GRK2, в норме поддерживающий работу нервных клеток и сердца, при переходе в неактивную форму начинает накапливаться в мозге людей с деменцией.