Инсульт в прямом смысле разрушает клетки мозга при помощи глутамата
Исследование группы клеточных нейробиологов Рурского университета в Бохуме совместно с коллегами из университетов Дюссельдорфа и Твенте, помогло узнать, как именно нарушение энергетического обмена в клетках мозга запускать цепь событий, которые в итоге приводят к разрушению нервных клеток.
Мозг человека потребляет значительное количество энергии, необходимой, в том числе, для поддержания тонкого баланса в работе нейротрансмиттеров — химических веществ, через которые нервные клетки обмениваются сигналами друг с другом. Одним из ключевых нейротрансмиттеров является глутамат. Он играет важнейшую роль в передаче возбуждающих сигналов между нейронами. Однако его переизбыток может быть крайне токсичен, так как он вызывает чрезмерное возбуждение и гибель клеток.
В нормальных условиях уровень глутамата в синапсах — местах контакта между нейронами — строго регулируется: после его выброса в синаптическую щель, он быстро поглощается обратно. Однако в условиях энергетического голодания, как объясняет руководитель исследования доктор Тим Цибарт, этот хрупкий баланс нарушается. Смоделировав энергетический дефицит, ученые обнаружили, что в тканях мозга при недостаточном уровне энергии начинают происходить необычные выбросы глутамата, не связанные с привычной активностью синапсов.
Используя флуоресцентный белковый сенсор, исследователи смогли в режиме реального времени наблюдать выбросы глутамата. Помимо стандартных, кратких и локализованных вспышек, соответствующих нормальной активности нейронов, они зафиксировали редкие, но мощные сигналы, более продолжительные, интенсивные и разнородные по своей форме. В обычных условиях такие выбросы возникали крайне редко, но после создания энергетического дефицита их частота резко возрастала.
Соавтор работы, профессор Андреас Райнер отмечает, что именно эти необычные выбросы и становились главными источниками повышения концентрации внеклеточного глутамата. При этом типичная, энергоемкая передача сигналов между нейронами практически останавливалась. Таким образом, глутамат начинал накапливаться, провоцируя эффект положительной обратной связи: чем выше была его концентрация, тем чаще происходили новые выбросы. Очевидно, это самоусиливающееся явление может играть ключевую роль в развитии повреждений мозга при инсульте.
Интересно, что подобные процессы ранее были зафиксированы только в рамках моделей мигрени. Теперь ученые обнаружили их в условиях энергетического кризиса, что открывает новые горизонты в понимании патофизиологии инсульта и других заболеваний и повреждений мозга. Особенно важным стало наблюдение, что блокировка одного из типов глутаматных рецепторов — NMDA-рецепторов — заметно снижала частоту этих аномальных выбросов. Понимание этих механизмов может помочь разработать новые подходы к лечению повреждений мозга при инсульте.
Несмотря на значимость результатов исследования, у ученых осталось немало вопросов. Пока неизвестно, какие именно типы клеток отвечают за выбросы глутамата и насколько велика их роль в повреждении мозга. Но одно ясно точно: чрезмерное скопление глутамата опасно для нейронов, и понимание механизмов его высвобождения — шаг к более эффективному лечению заболеваний, связанных с нарушением кровоснабжения или обмена веществ в мозговой ткани.
Ранее ученые назвали самую опасную для когнитивных функций диету.
