В рубцевании нервной ткани ведущую роль играет особый тип перицитов

Рис. 1. A. Электронная микрофотография кровеносных сосудов спинного мозга (просвет одного из них показан звездочкой), окруженных эндотелиальными клетками (красные), перицитами типа А (зеленые; один из них показан стрелочкой), перицитами типа В (синие) и астроцитами (голубые). На врезке — тот же участок под световым микроскопом (до приготовления микросрезов), стрелочка указывает на тот же перицит. На больших разрешениях видно базальную пластинку (bl, показана треугольниками; о том, что такое базальная пластинка, см. Basal lamina), которая окружает перицит (B), и плазматическую мембрану (pm, показана треугольниками) астроцита (C). Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Нервная система способна в некоторой степени восстанавливаться после механического повреждения; на месте травмы возникает рубец. В научной среде вот уже столетие идут дискуссии о том, какую роль играет этот рубец, какими клетками и как он образован. Группе исследователей (в которой, кстати, работали двое ученых из России) из Каролинского института (Швеция) и Национального центра онкологических исследований (Испания) удалось немного приподнять завесу тайны над этой проблемой.

Поскольку среди клеток рубца очень много астроцитов, этот рубец было как-то принято называть «глиальным», и именно глии была посвящена большая часть исследований. При этом в рубце присутствует и неглиальный компонент, образованный соединительной тканью, но он — увы! — привлекал гораздо меньше внимания ученых. Между тем, известно, что соединительная ткань играет огромную роль при рубцевании решительно во всех органах, из чего можно сделать вывод, что и образование рубцов в нервной системе без нее не обходится.

Существует множество подтипов фибробластов (клеток соединительной ткани), и довольно значительное количество исследований было посвящено тому, какие именно из них участвуют в рубцевании, однако однозначных результатов, к сожалению, получено не было.

Большая часть работ свидетельствовала о том, что в образовании рубцов задействованы циркулирующие клетки (например, клетки крови), «местные» пролиферирующие фибробласты, эндотелиальные или эпителиальные клетки. А некоторые данные показывали, что важную роль в определенных типах рубцевания играют перициты — клетки, окружающие капилляры поверх эндотелиальных клеток.

Именно на изучении роли перицитов в образовании рубцов в спинном мозге и решили сосредоточиться авторы обсуждаемой работы. Перицитов этих существует несколько разновидностей (вообще, когда начинаешь присматриваться к какому-нибудь типу клеток, то обнаруживаешь, что он распадается на множество подтипов, каждый из подтипов можно разделить на подподтипы, и так далее).

Исследователям удалось подобрать методику, которая специфически метила только одну разновидность перицитов — ту, что окружала кровеносные сосуды в паренхиме спинного мозга (если быть совсем точным, то перициты паренхимы спинного мозга тоже бывают как минимум двух типов, и в данном случае метился только один из них; далее меченые клетки будут называться перицитами типа А, а немеченые — перицитами типа В). Метились при этом не только сами клетки, но и все их потомки. Таким образом можно было понять, участвует ли этот тип клеток в образовании рубцов спинного мозга.

Теперь нужно было разобраться, какой вклад перициты типа А вносят в рубцевание спинного мозга. Для этого исследователи повредили спинной мозг мышам с помеченными перицитами и стали следить за судьбой этих клеток в месте повреждения.

Оказалось, что повреждение спинного мозга вызывает резкий прирост количества перицитов типа А. Через девять дней их становится в 25 раз больше в поврежденном участке, чем в неповрежденном, а своего пика их численность достигает через две недели после повреждения, когда рубец уплотняется. Затем количество перицитов начинает уменьшаться и через четыре месяца достигает плато, на котором держится еще как минимум три месяца. Количество же астроцитов тоже достигает своего максимального прироста через две недели после повреждения, но их становится не в 25, а всего лишь в 2 раза больше, а затем их численность начинает спадать примерно так же, как и у перицитов.

Это говорит о том, что перициты отвечают на повреждение нервной ткани гораздо масштабнее, чем астроциты. Просто из-за того, что астроцитов изначально больше, возникает иллюзия, что именно они играют главную роль в рубцевании.

Рис. 2. Изменение численности потомков перицитов типа А (окрашены желтовато-зеленым) и астроцитов (окрашены красным) при рубцевании спинного мозга. Показан неповрежденный спинной мозг (no injury, A) и спинной мозг через три (B), четыре (C), пять (D), четырнадцать дней (E) и два месяца (F) после повреждения. Синим цветом окрашены клеточные ядра. Видно, что потомки перицитов «поселяются» в центре рубца и постепенно «обрастают» астроцитами. На графике G видно, сколько потомков перицитов находится в области рубцевания (hundred cells/section, вертикальная ось слева) в разные моменты времени после травмы и во сколько раз увеличивается их количество при повреждении по сравнению с неповрежденным участком (fold increase, вертикальная ось справа). H — чистый прирост количества потомков перицитов по сравнению с астроцитами через 14 дней и 4 месяца после повреждения. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Чтобы разобраться, как именно перициты отвечают на возникновение повреждения, ученые исследовали ранний период рубцевания. Было показано, что вначале (на первый–второй день после травмы) в центре поврежденной области почти нет кровеносных сосудов, но на третий–пятый день сосуды туда прорастают, причем плотность перицитов на этих сосудах повышена. И, что особенно важно, перициты типа А, находящиеся в области повреждения, теряют контакт с кровеносными сосудами (клетки типа В так себя не ведут); кроме того, у них меняется экспрессия некоторых генов и даже сама клеточная морфология модифицируется. Вообще, оказалось, что большая часть соединительной ткани в области рубца произошла именно от перицитов типа А — то есть эти клетки играют важную роль в рубцевании.

Рис. 3. Кровеносный сосуд пересекает границу (отмеченную пунктиром) между неповрежденной и поврежденной (справа вверху) областями. В интактной области перициты (показаны желтовато-зеленым) плотно окружают эндотелий сосудов (показан красным), а в области травмы перициты отделяются от эндотелия (помечено треугольниками). Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Однако за счет чего столь драматически увеличивается количество перицитов? Размножаются ли эти клетки в области травмы или только массово мигрируют туда? Чтобы проверить это, ученые измерили уровень включения в перициты бромдезоксиуридина (БДУ), который может вместо тимидина встраиваться в ДНК при ее репликации перед делением клетки (то есть если в клетке есть БДУ, значит она недавно делилась). Кроме того, исследователи определили, экспрессируют ли перициты специфический митотический маркер Ki67: если он присутствует в клетке, значит она делится буквально в эту минуту. Полученные результаты однозначно показывали, что прирост количества перицитов типа А связан именно с их бурной пролиферацией, а не с миграцией в участок травмы.

Рис. 4. Перициты типа А в участке травмы показывают бурную пролиферацию. А. Перициты типа А, которые находятся в состоянии митоза, помечены треугольниками. В этих клетках помимо желтовато-зеленых есть красноватые участки из-за окрашивания на митотический маркер Ki67. В. Клетки, которые хотя бы раз успели поделиться с момента начала исследования, имеют красноватые участки из-за включения БДУ. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Раз перициты типа А увеличивают свое количество за счет пролиферации, становится очень просто проверить, какое значение эти клетки имеют в процессах рубцевания. Нужно просто не позволить этим клеткам делиться и посмотреть, как образуется рубец без их участия (и образуется ли вообще).

И выяснилось, что блокировка деления перицитов типа А не позволяет зарубцеваться участку травмы — у трети подопытных животных он не затянулся вовсе. При этом в неповрежденных участках практически не изменились ни количество или морфология перицитов, ни количество кровеносных сосудов, с которыми они связаны.

Рис. 5. Блокировка деления перицитов типа А нарушает рубцевание нервной ткани и не позволяет затянуться участку травмы. Слева — спинной мозг контрольного животного, у которого перициты могли делиться, а справа — опытного, у которого деление перицитов было заблокировано. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Всё это говорит о колоссальной роли перицитов класса А в рубцевании нервной ткани. Можно сказать, что данные клетки — главный ресурс, благодаря которому и затягивается участок травмы. А раз так — у нас появляется шанс воздействовать на процессы восстановления центральной нервной системы после ее повреждения. Кроме того, вполне возможно, что и в других органах перициты играют в рубцевании не последнюю роль.

Источник: Christian Göritz, David O. Dias, Nikolay Tomilin, Mariano Barbacid, Oleg Shupliakov, Jonas Frisén. A Pericyte Origin of Spinal Cord Scar Tissue // Science. 2011. V. 333. P. 238–242.

Вера Башмакова