Как защитить мозг при кислородном голодании

Чтобы нейроны продолжали нормально работать после кислородного голодания, в них нужно защитить рецепторы, помогающие нервным клеткам обмениваться сигналами друг с другом.

Когда в головном мозге нарушается кровоснабжение (например, из-за инсульта или из-за травмы), то в нем падает уровень кислорода, или, как еще говорят, начинается гипоксия. Мозг к гипоксии чувствителен больше, чем другие органы, даже кратковременная нехватка кислорода приводит к повреждениям мозговой ткани. Но механизм таких повреждений довольно непрост – здесь задействовано много разных молекул и клеточных процессов.

Исследователи из Института теоретической и экспериментальной биофизики (ИТЭБ) РАН изучали, как гипоксия сказывается на рецепторах АМРА. Это мембранные белки, которые служат каналами для ионов, путешествующих между клеткой и внешней средой. АМРА-рецепторы начинают работать по сигналу нейромедиатора глутамата, который, в свою очередь, широко используют возбуждающие нейроны: глутамат включает рецепторы, и они, перегруппировав ионы по обе стороны мембраны, помогают передать сигнал дальше по цепочке. АМРА-рецепторы – наиболее распространенные возбуждающие рецепторы нервной системы, и они есть практически во всех структурах головного мозга. Некоторые заболевания центральной нервной системы человека напрямую связаны с нарушением в регуляции активности АМРА-рецепторов, поэтому нейробиологи уделяют им очень много внимания.

Сергей Левин, Мирослав Ненов и их коллеги решили проверить, как на АМРА-рецепторах сказывается гипоксия и можно ли как-то защитить их от нее. Однако сами рецепторы представляют собой комплексы из нескольких модулей-субъединиц, которые синтезируются в клетке по отдельности и которые потом соединяются в большой функциональный рецептор. Причем рецептор может по-разному работать в зависимости от того, какие модули-субъединицы в нем есть, а каких нет. Например, в отсутствие определенной субъединицы рецепторы открываются для ионов кальция, в результате в нейроне кальция становится много, и, как следствие, активность нервной клетки меняется и в ней проявляются некоторые патологические признаки. В итоге и клетка может погибнуть, и вся нейронная сеть начнет работать иначе, и все может закончиться отклонениями в работе мозга в целом.

Поэтому исследователи пытались понять, как гипоксия влияет на субъединицы АМРА-рецепторов по отдельности. Оказалось, что уровень одной из них падает, другая же гипоксию как будто не чувствует. Однако главная цель экспериментов была в том, чтобы узнать, как на уровень белков, из которых собираются рецепторы, подействуют защитные вещества. Таких веществ использовали два: противовоспалительный иммунный белок интерлейкин-10 и молекула, подавляющая активность фермента кальпаина (ингибиторам кальпаина свойственны нейропротекторные свойства, кроме того, они помогают справиться с последствиями ишемии). Казалось бы, оба вещества вместе должны действовать лучше, чем по отдельности, однако, по словам Мирослава Ненова, если использовать сразу несколько активных веществ, мы можем столкнуться с негативными эффектами, которые только усиливаются от их совместного применения.

Впрочем, с интерлейкином-10 и ингибитором кальпаина оказалось, что они проявляют положительный эффект как порознь, так и в комбинации. В статье в Neuroreport говорится, что при одновременном использовании эти вещества не только исправляют ситуацию с одной из субъединиц, но даже помогают поднять ее уровень даже выше прежнего. С другой субъединицей все происходит сложнее: одно из нейропротекторных веществ даже снижает ее уровень в некоторых случаях гипоксии, однако если оба нейропротектора будут действовать вместе, то они поддержат количество этой субъединицы без каких-либо сюрпризов и странностей.

Авторы работы экспериментировали с образцами гиппокампа, одного из главных центров памяти, так что возможно, новые данные помогут разработке методов лечения, направленных на восстановление памяти, испортившейся из-за каких-нибудь гипоксических повреждений.

Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).