Международный неврологический журнал 2(2) 2005

Вступление

Построить общую временную последовательность реакций, происходящих в ходе развития эпилепсии, довольно сложно. Тем не менее, с учетом данных специальной литературы можно судить о присутствии первичного локального повреждения нейрональных ансамблей головного мозга или же о генетически обусловленном гипервозбуждении и последующей эксайтотоксической гибели нейронов, то есть о нейродегенерации. Находясь определенное время в состоянии сверхстимуляции, нейроны некоторых участков головного мозга пребывают в состоянии между апоптозом и жизнью, что сопровождается значительным повышением активности перекисного окисления и внутриклеточного протеолиза (в том числе и Са²⁺-зависимого), повреждением мембранного аппарата, нарушением нормальной компартментализации молекулярных реакций, мутационным повреждением ядерной ДНК, изменением поверхностного антигенного спектра и т.д. Рано или поздно нейроциты становятся на путь апоптоза, чем провоцируют или поддерживают дальнейшие патологические тканевые реакции.

В настоящее время ключевым моментом в патогенезе эпилепсии принято считать нарушение взаимоуравновешивающих влияний между возбуждающими и тормозными системами головного мозга. Одной из наиболее удачных концепций эпилептогенеза является медиаторная теория [3], согласно которой во время эпилептогенеза происходит увеличение активности возбуждающей глутаматергической синаптической передачи, что сопровождается недостаточностью тормозных ГАМК-ергических систем мозга. При этом в крови обнаруживаются антитела против различных типов глутаматных рецепторов, а в синапсах нейронов определенных локусов эпилептической системы происходит увеличение количества NMDA-зависимых рецепторов. Однако А.А. Шандра и соавторы (1999), Г.Н. Крыжановский (1997) указывают, что во время моделирования эпилептогенеза в эксперименте наблюдается увеличение активности тормозных систем мозга [1, 5]. По нашему мнению, становление эпилептической системы с присущими ей четкими внутренними правилами торможения и возбуждения сопровождается вовлечением в этот процесс нейронов как возбуждающего, так и тормозного типа. Кроме этого, для эпилепсии характерно стойкое нарушение практически всех видов медиаторного межнейронного взаимодействия, в том числе и пептидергического [3].

В настоящее время становится ясно, что возникновение эпилептической системы осуществляется во многом благодаря изменению топологии межнейронных связей различных участков головного мозга, особенно гиппокампа. Данные современных экспериментальных исследований указывают на первостепенную роль нейрогенных стволовых клеток (НСК) зубчатой извилины в этом процессе.

Участие нейрогенных стволовых клеток большого мозга в эпилептогенезе

Е. Nakagawa и соавторы (2000), J.M. Parent, D.H. Lowensteіn (2002) установили, что во время каинатного и киндлингового моделирования эпилептогенеза происходит повышение митотической активности прогениторных клеток субгранулярной зоны зубчатой извилины (SGZ GD) и субвентрикулярной зоны (SVZ) передних отделов боковых желудочков головного мозга крысы. При развитии индуцированного пилокарпином эпилептического статуса у крыс авторы наблюдали усиление нейрогенеза в ростральных отделах SVZ желудочковой системы головного мозга и глиогенеза в каудальных ее отделах.

I. Blumcke и соавторы (2001) выявили увеличение количества нестинположительных клеток в образцах ткани гиппокампа, полученных во время резекции эпилептических очагов у детей, болеющих темпоральной эпилепсией [17].

Н. Praag и соавторы (1999), Е. Gould и соавторы (2001), T.J. Shors и соавторы (2001) показали, что нейрогенез в гиппокампе происходит постоянно и в значительной степени увеличивается во время запоминания новой информации определенного типа [25, 36, 43]. Однако, как отмечают F.H. Gage (2000), H.E. Scharfman и соавторы (2000), при эпилептогенезе нарушается процесс правильного установления связей новообразованных нейронов с уже существующими нервными клетками, вследствие чего молодые нейроциты, которые мигрируют в направлении границы между полем hіlus и полем СА3, сохраняют синаптические контакты с нейронами гиппокампального поля СА3, что предопределяет развитие замкнутых путей циркуляции возбуждения [24, 41].

Р. Mohapel и соавторы (2004) установили, что судорожный статус, вызванный постоянной электрической стимуляцией гиппокампа зрелых крыс, приводит к увеличению пролиферативной активности в зубчатой извилине. При наиболее тяжелом течении судорожного процесса, спустя 1 нед. после его развития, отмечалось выраженное усиление пролиферативной активности в ткани зубчатой извилины. Однако на протяжении 4-х нед. большинство новообразованных нейронов подвергались гибели. У этих животных патологические изменения в области зубчатой извилины были более выражены, чем у животных с легкой формой течения судорожных реакций. Развитие легкой формы судорожных реакций также приводило к увеличению пролиферативной активности, но при этом большинство новообразованных нейронов выживали на протяжении 4-х нед. [32].

Таким образом, судорожный статус независимо от степени его выраженности приводит к увеличению нейрогенной активности в зубчатой извилине. Однако выживаемость новообразованных нейронов зависит от степени тяжести судорожного припадка.

Гиппокампальные нейроны, возникающие во время экспериментального эпилептогенеза, а также их отростки проявляли аномальную микроструктуру, что подтверждает патологический характер нейрогенеза в данном случае [35].

Существуют данные и относительно временного распределения активности пролиферативных процессов в разных нейрогенераторных областях головного мозга крыс во время формирования электрического амигдалярного киндлинга. K. Sato и соавторы (2002) выявили, что на стадии парциальных судорожных реакций митотическая активность прогениторов ростральных отделов SVZ боковых желудочков увеличивается, тогда как на стадии генерализированных судорог пролиферативная активность в этом участке мозга уменьшается [39]. Изменения митотической активности в SGZ GD при амигдалярном киндлинге, по данным этих исследователей, практически отсутствовали.

В случае же флуротилового (flurothyl) киндлинга у мышей R.J. Ferland и соавторы (2002) отмечали увеличение митотической активности в области SGZ GD [23]. При этом после генерирования первой судорожной реакции пролиферативная активность удерживалась на постоянном уровне в течение 3-х дней, тогда как после генерирования восьмой судорожной реакции митотическая активность повышалась и удерживалась вплоть до 7-го дня. Большинство образовавшихся в ходе киндлингового нейрогенеза клеток проявляли нейрональный фенотип.

Несмотря на наличие выраженной нейродегенерации в участке эпилептического очага, значительное число нейронов, возникших в SGZ GD крысы, гибнет путем апоптоза, особенно в случае развития судорожного статуса [22]. По этой причине послесудорожный гиппокампальный нейрогенез вряд ли можно считать эффективным в отношении регенерации нейронального пула.

Миграция НСК и их частично дифференцированных потомков в нейрогенераторных участках зрелого головного мозга млекопитающих зависит от фактора клеточной адгезии PSA-NCAM [24]. Во время развития киндлинга происходит усиление экспрессии PSA-NCAM клетками SVZ боковых желудочков головного мозга и SGZ GD. Временные и пространственные характеристики синтеза PSA-NCAM на примере амигдалярного киндлинга у крыс изучали K. Sato и соавторы (2003) [40]. Они установили, что у животных с парциальными судорожными реакциями концентрация молекул PSA-NCAM в основных нейрогенераторных зонах большого мозга несущественно превышала контрольные показатели. В то же время у животных с генерализированными судорожными припадками авторы отмечали значительное увеличение концентраций PSA-NCAM в зубчатой извилине, в SVZ боковых желудочков и в пириформной коре больших полушарий. При этом J.M. Parent и D.H. Lowensteіn (2002) признают, что процесс миграции и функциональной интеграции незрелых нейронов в нейрональные ансамбли головного мозга во время эпилептогенеза значительно искажается [35].

Н. Onda и соавторы (2002) указывают, что у больных с туберозным склеротическим комплексом в ткани головного мозга существуют эпилептогенные диснейроэмбриогенетические участки, клетки которых экспрессируют ранние нейрональные маркеры и белок GFAP [34]. Поэтому в настоящее время ставятся вопросы о наличии в таких участках мозга персистирующих НСК-подобных клеток и возможности реализации НСК-зависимых механизмов возникновения неправильной топологии нейрональных ансамблей при этой болезни.

Связь между развитием судорожной активности нейрональных ансамблей головного мозга и нейрогенезом в SGZ GD и SVZ боковых желудочков может осуществляться путем увеличения тканевой экспрессии IL-1, IL-6 и TNFα. S.M. Allan, N.J. Rothwell (2001), J.L. Jankowsky, P.H. Patterson (2001) указывают, что судорожная активность мозга приводит к увеличению тканевой концентрации этих цитокинов [12, 28]. Внутримозговое введение IL-1 облегчает развитие каинатных судорожных припадков. Более того, уровень IL-1 в ткани головного мозга больных эпилепсией повышен. У лиц, страдающих темпоральной формой эпилепсии, определяется полиморфизм гена IL-1β.

Роль IL-1 в развитии судорожной активности непонятна. Известно, что этот цитокин ингибирует высвобождение глутамата, вхождение ионов кальция в нейроны, развитие длительной потенциации, и в то же время усиливает активность ГАМК-ергической передачи [12]. То есть IL-1 оказывает прямое угнетающее действие на процессы эксайтотоксического возбуждения нейронов. Это значит, что на начальных этапах развития судорожной готовности увеличение экспрессии IL-1 может рассматриваться как элемент механизма противоэпилептической защиты мозга. Но в то же время IL-1 потенцирует нейродегенерацию. Таким образом, в данном случае мы столкнулись с одним из многочисленных порочных кругов, которые возникают в процессе развития эпилепсии. Интересно, что с повышением экспрессии IL-1 связано и увеличение синтеза клетками мозга белка АРР-amyloid precursor protein [42].

T. Takano и соавторы (2001) установили, что клетки некоторых глиом in vitro активно секретируют глутамат [45]. Кроме того, применение антагониста NMDA-рецепторов MK801 замедляет рост глутаматположительных глиом in situ. Это значит, что глутаматная эксайтотоксичность может потенцировать рост глутаматсекретирующих глиом. Одним из наиболее распространенных вариантов глутаматной эксайтотоксичности является генерирование судорожных припадков во время эпилепсии. Поэтому эпилептический процесс может потенцировать рост глутаматпродуцирующих глиом. Итак, вполне реально, что развитие некоторых опухолей головного мозга индуцируется эпилептическим процессом.

В настоящее время существует ограниченное число данных относительно нарушения структуры сосудистой сети в эпилептических очагах. Так, О.Н. Гайкова и А.П. Новожилова (1998) на основании результатов исследования материала, полученного во время удаления эпилептических очагов височной локализации, описывают мальформации сосудистого русла в этих эпилептогенных участках мозга только у 11,6% больных. У детей этот показатель составлял 17,8% [6]. Аномалии сосудистого русла (гиперваскуляризацию) А. Hodozuka и соавторы (2000) определяли и в эпилептогенных участках, удаленных при хирургическом лечении больных с дисэмбриопластическими нейроэпителиальными глиомами и ганглиоглиомами. Однако при этом активного неоангиогенеза и повышения концентрации VEGF в указанных участках не происходило [26]. Поэтому остается невыясненным вопрос относительно участия НСК в развитии таких сосудистых аномалий.

Важным патогистологическим признаком темпоральной формы эпилепсии является астроглиоз ткани гиппокампа. Учитывая патологический характер нейроногенеза в SGZ GD во время эпилепсии, можно с уверенностью утверждать, что источником астроцитарных глиоцитов при астроглиозе гиппокампа являются НСК [30].

Итак, во время развития темпоральной формы эпилепсии (и, возможно, других ее форм) НСК выступают центральным звеном патологических тканевых реакций, при которых происходит формирование патологической топологии нейронных сетей.

Модели иммунных механизмов эпилептогенеза

R.A. Corrіveau и соавторы (1998), J. Syken и C.J. Shatz (2003) установили, что нейроны экспрессируют гены, которые кодируют главные компоненты TCR (T-cell receptor), молекулы MHC-І, а также β2-микроглобулин [20, 44]. Это существенно расширяет наши представления о механизмах нейроногенеза [21]. Например, можно предполагать, что высокоаффинное взаимодействие TCR молодых недифференцированных нейронов и комплексов МНС-І/Aг способствует элиминации носителя TCR, тогда как взаимодействие TCR зрелых нейроцитов с комплексами MHC-І/Aг используется ими в целях аттрактивного роста. На определенных этапах нейрогенеза с помощью этого механизма может происходить отбор нейробластов, молекулы TCR которых не взаимодействуют с комплексами MHC-І/Aг окружающих их нейронов, что способствует формированию широких межнейронных связей. Благодаря отбору эффекторных локальных элементов иммунной защиты ткани головного мозга на предмет толерантности к MHC-І/Aг-комплексам окружающих их зрелых нейронов, исключается возможность присутствия в окружении нейробластов нейронов с комплексами MHC-І/Aг, характерными для других участков нервной ткани. Если предложенная модель в некоторой мере отображает реально происходящие процессы, то следует признать, что нарушение четкости этих механизмов, очевидно, приводит к сужению пространственного распределения окончаний новообразованных нейронов и развитию замкнутых путей циркуляции возбуждения, что является топологическим субстратом гиппокампальной формы темпоральной эпилепсии [24].

По нашему мнению, наиболее выразительно такой механизм возникновения эпилептогенной топологии нервных сетей гиппокампа прослеживается при развитии посттравматической эпилепсии. Известно, что в результате черепно-мозговой травмы происходит угнетение активности клеточного звена иммунитета [4]. Это, по всей видимости, сказывается на четкости нейроногенеза в гиппокампе. Кроме того, на стадии манифестации сформированного эпилептического очага (а также и во время его образования) имеет место разной степени выраженности аутоиммунная агрессия против ткани мозга, что предопределяется длительным нарушением проницаемости гематоэнцефалического барьера. При этом большинство антител, циркулирующих в периферической крови, приходится на антитела против GFAP [4] — одного из маркерных белков астроглии и НСК. Одновременное повреждение клеток микроглии и нейронов сопровождается нарушением системы локального отбора носителей TCR и комплексов MHC-I/Aг. Значит, локальная топология межнейронных связей упрощается и приобретает черты замкнутости, оставляя, однако, незначительное количество старых связей более широкого характера с другими элементами эпилептической системы.

Учитывая возможность трансдифференциации между НСК и клетками костномозгового происхождения [15, 16, 18], вполне возможно, что формирование популяции клеток иммунного типа в нервной ткани происходит при непосредственном участии НСК. Возникновение внебарьерной реакции против GFAP-положительных клеток может привести к повреждению GFAP-позитивных НСК, что будет проявляться возникновением нейрональных и глиальных клеток со значительными функциональными нарушениями или даже онкогенно трансформированных прогениторов. НСК могут прямо участвовать в тканевых иммунных реакциях [27], что должно отображаться на мутационной активности внутри этих стволовых клеток. Такое состояние усугубляется значительным повышением митотической активности нейрогенных прогениторных и стволовых клеток SGZ GD в ответ на травматическое повреждение головного мозга [29, 37]. Поврежденные астроциты утрачивают способность выполнять функции медиаторного и метаболического гомеостазирования околонейронных пространств, поддержания гематоэнцефалического барьера, а также регулирования миграции и дифференциации незрелых клеток во время гиппокампального нейрогенеза.

Возникновение дифференцированных клеток со значительным функциональным дефицитом лишь усугубляет патологические процессы. Наличие аномалий морфологической структуры нейронов гиппокампа, которые возникают при эпилепсии — аксональное перерождение дендритов, появление фагоцитирующих способностей у дендритных шипиков, самозамыкание аксональных окончаний [1, 31] — в первую очередь свидетельствует о нарушении нормального функционирования регуляторов транскрипции генов, определяющих главные свойства дифференцированных клеток нейронального типа. Но даже на таком, казалось бы, далеко зашедшем этапе, описанные изменения не лишены признаков поиска вариантов положительного ремоделирования топологии нейрональных ансамблей, что выражается в появлении у нейронов свойств клеток более низкой организации. Это так или иначе увеличивает широту выборки генов, подверженных адаптивному мутагенезу в пределах каждого нейрона. Таким образом, на начальных стадиях описанные процессы альтерации нервной ткани могут быть расценены как реакции, которые в той или иной мере присутствуют в ходе системных мнестичних конверсий топологии нейрональных ансамблей. Однако при наличии генетической предрасположенности к развитию эпилепсии данные проявления системной нейропластичности приобретают резко неконтролируемый, явно альтеративный характер, формируя серьезную угрозу жизни индивидума. Поэтому главным вопросом эпилептологии остается определение генов, мутации которых приводят к первичному развитию эпилептического процесса (идиопатическая эпилепсия) или после предшествующего повреждения структур головного мозга [2, 46].

С учетом известных данных о генетических маркерах и мутациях проэпилептогенного типа можно утверждать, что в человеческой популяции постоянно циркулируют как неактивные патологические варианты генов рецепторов, ионных каналов и регуляторов реализации генетической информации (проявляются в ходе эпилептогенеза), так и полноценные гены аналогичных типов протеинов, но со сниженной мутационной стойкостью [2, 46]. Возникновение мутационных вариантов или повышение экспрессии в норме неактивных патологических генов при параллельном мутационном исключении экспрессии некоторых нормальных генов, по всей видимости, происходит не только на уровне дифференцированных нейронов, но и на уровне НСК. В таком случае вполне возможно генерирование нейрональных клонов с аналогичным спектром экспрессируемых патологических вариантов проэпилептических генов.

Следует также учитывать, что в геноме каждого индивидума присутствует большое количество неравнозначных вариантов проэпилептических генов и неэкспрессируемых в норме псевдогенов. Поэтому склонность у каждого отдельного человека к развитию эпилептического процесса определяется структурой индивидуального набора этих генов. Формирование присущего для эпилепсии спектра генетической экспрессии происходит под действием отрицательных проэпилептогенных факторов во время патологических процессов в ткани головного мозга. Мы полагаем, что существование в популяционных геномах проэпилептических генов имело определенную целесообразность с точки зрения эволюции системной нейропластичности [11].

Перспективы использования нейрогенных клеток в лечении эпилепсии

Исследования эффективности клеточной и тканевой трансплантации в лечении эпилепсии ведутся уже давно. Исследования эффективности экспериментальной коррекции функциональных нарушений при эпилепсии с помощью трансплантации эмбриональной нервной ткани проводили многие авторы [7, 8, 9, 13, 14]. K. Chu и соавторы (2004) приводят результаты внутривенной трансплантации человеческих НСК крысам на модели литий-пилокарпинового эпилептического статуса [19]. Они указывают, что часть трансплантированных клеток дифференцировалась в ГАМК-ергические нейроны поврежденного гиппокампа. При этом снижалась амплитуда возбуждающих постсинаптических потенциалов нейронов СА1 поля этого же гиппокампа, что исключалось в присутствии пикротоксина.

Если клеточную трансплантацию применять в лечении эпилепсии исходя только из медиаторной теории ее возникновения, то наиболее перспективным является использование трансплантации генетически модифицированных клеток — продуцентов тех или иных медиаторов [9]. Такое направление в настоящее время можно рассматривать только как тактическое. Стратегия же развития методов восстановительного лечения эпилепсии должна базироваться на использовании новейших достижений тканевой нейроинженерии.

По современным данным, трансплантации недифференцированных клеток в поврежденный мозг недостаточно для ощутимого восстановления его функциональной активности. Результаты клинического применения клеточной трансплантации значительно уступают эффективности применения этого метода в эксперименте на животных. Прежде всего это объясняется сложностью топологической структуры человеческого мозга и более выраженным регенерационным потенциалом нервной системы филогенетически низших представителей класса млекопитающих [38]. Но даже в экспериментах на животных трансплантация нейрогенных клеток различного происхождения дает далеко не абсолютные положительные результаты. По причине отсутствия правильной пространственной организации тканевых процессов в зоне повреждения и вокруг нее восстановление только количественных показателей глиального и нейронального пула не сопровождается значительным восстановительным эффектом. Поэтому первоочередной задачей трансплантационного лечения патологии центральной нервной системы в настоящее время следует считать не столько проведение клеточной трансплантации, сколько обеспечение дальнейшей дифференциации трансплантированных клеток в необходимом направлении, а также искусственное восстановление топологии их связей. Решение этой комплексной задачи зависит от разработки методов тканевой восстановительной нейроинженерии [10].