Nervu šūnas tiek atjaunotas

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Populāro izteicienu "Nervu šūnas neatjaunojas" ikviens no bērnības uztver kā nemainīgu patiesību. Tomēr šī aksioma nav nekas vairāk kā mīts, un jauni zinātniskie dati to atspēko.

Daba jaunattīstības smadzenēs nosaka ļoti augstu drošības rezervi: embrioģenēzes laikā veidojas liels neironu pārpalikums. Gandrīz 70% no viņiem mirst pirms bērna piedzimšanas. Cilvēka smadzenes turpina zaudēt neironus pēc piedzimšanas, visu mūžu. Šī šūnu nāve ir ģenētiski ieprogrammēta. Protams, mirst ne tikai neironi, bet arī citas ķermeņa šūnas. Tikai visiem pārējiem audiem ir augsta reģeneratīvā spēja, tas ir, to šūnas dalās, aizstājot mirušos.

Reģenerācijas process visaktīvāk notiek epitēlija šūnās un asinsrades orgānos (sarkanajās kaulu smadzenēs). Bet ir šūnas, kurās ir bloķēti gēni, kas ir atbildīgi par vairošanos dalīšanās ceļā. Papildus neironiem šajās šūnās ietilpst arī sirds muskuļa šūnas. Kā cilvēkiem izdodas saglabāt intelektu līdz sirmam vecumam, ja nervu šūnas mirst un neatjaunojas?

Viens no iespējamiem skaidrojumiem: ne visi neironi "strādā" vienlaicīgi nervu sistēmā, bet tikai 10% neironu. Šis fakts bieži tiek minēts populārajā un pat zinātniskajā literatūrā. Šo apgalvojumu vairākkārt nācies pārrunāt ar pašmāju un ārvalstu kolēģiem. Un neviens no viņiem nesaprot, no kurienes radās šis skaitlis. Jebkura šūna dzīvo un "strādā" vienlaikus. Katrā neironā visu laiku notiek vielmaiņas procesi, sintezējas olbaltumvielas, tiek ģenerēti un pārraidīti nervu impulsi. Tāpēc, atstājot hipotēzi par "atpūtas" neironiem, pievērsīsimies vienai no nervu sistēmas īpašībām, proti, tās izcilajai plastiskumam.

Plastiskuma jēga ir tāda, ka atmirušo nervu šūnu funkcijas pārņem to izdzīvojušie "kolēģi", kuri palielinās izmēros un veido jaunus savienojumus, kompensējot zaudētās funkcijas. Šādas kompensācijas augsto, bet ne bezgalīgo efektivitāti var ilustrēt ar Parkinsona slimības piemēru, kurā notiek pakāpeniska neironu nāve. Izrādās, līdz aptuveni 90% smadzeņu neironu mirst, slimības klīniskie simptomi (ekstremitāšu trīce, kustību ierobežojumi, nestabila gaita, vājprāts) neparādās, tas ir, cilvēks izskatās praktiski vesels. Tas nozīmē, ka viena dzīva nervu šūna var aizstāt deviņas mirušās.

Taču nervu sistēmas plastiskums nav vienīgais mehānisms, kas ļauj saglabāt inteliģenci līdz nobriedušam vecumam. Dabai ir arī atkāpšanās – jaunu nervu šūnu rašanās pieaugušo zīdītāju smadzenēs jeb neiroģenēze.

Pirmais ziņojums par neiroģenēzi parādījās 1962. gadā prestižajā zinātniskajā žurnālā Science. Rakstam bija nosaukums "Vai pieaugušu zīdītāju smadzenēs veidojas jauni neironi?" Tās autors, profesors Džozefs Altmans no Purdjū universitātes (ASV), ar elektriskās strāvas palīdzību iznīcināja vienu no žurkas smadzeņu struktūrām (sānu ģenikulāta ķermeni) un injicēja tur radioaktīvu vielu, kas iekļūst jaunizveidotajās šūnās. Dažus mēnešus vēlāk zinātnieks atklāja jaunus radioaktīvos neironus talāmā (priekšsmadzeņu daļā) un smadzeņu garozā. Nākamo septiņu gadu laikā Altmans publicēja vēl vairākus pētījumus, kas pierāda neiroģenēzes esamību pieaugušo zīdītāju smadzenēs. Tomēr toreiz, 60. gados, viņa darbs izraisīja tikai skepsi neirozinātnieku vidū, viņu attīstība nesekoja.

Un tikai divdesmit gadus vēlāk neiroģenēze tika "atklāta no jauna", bet jau putnu smadzenēs. Daudzi dziedātājputnu pētnieki ir novērojuši, ka katrā pārošanās sezonā kanārijputnu tēviņš Serinus canaria dzied dziesmu ar jauniem "ceļiem". Turklāt viņš nepārņem jaunus triļļus no saviem kolēģiem, jo dziesmas tika atjauninātas pat atsevišķi. Zinātnieki sāka detalizēti pētīt putnu galveno balss centru, kas atrodas īpašā smadzeņu daļā, un atklāja, ka pārošanās sezonas beigās (kanārijputniem tas notiek augustā un janvārī) ievērojama daļa no neironu vokālais centrs nomira, iespējams, pārmērīgas funkcionālās slodzes dēļ … 80. gadu vidū profesors Fernando Noteboms no Rokfellera universitātes (ASV) spēja pierādīt, ka pieaugušiem kanārijputnu tēviņiem neiroģenēzes process balss centrā notiek pastāvīgi, bet izveidoto neironu skaits ir pakļauts sezonālām svārstībām. Neiroģenēzes maksimums kanārijputniem ir oktobrī un martā, tas ir, divus mēnešus pēc pārošanās sezonām. Tāpēc kanārijputnu vīrieša dziesmu "mūzikas bibliotēka" tiek regulāri papildināta.

Astoņdesmito gadu beigās Ļeņingradas zinātnieka profesora A. L. Poļenova laboratorijā neiroģenēze tika atklāta arī pieaugušiem abiniekiem.

No kurienes rodas jauni neironi, ja nervu šūnas nedalās? Jaunu neironu avots gan putniem, gan abiniekiem izrādījās neironu cilmes šūnas no smadzeņu kambaru sienas. Embrija attīstības laikā tieši no šīm šūnām veidojas nervu sistēmas šūnas: neironi un glia šūnas. Taču ne visas cilmes šūnas pārvēršas par nervu sistēmas šūnām – dažas no tām "paslēpjas" un gaida spārnos.

Ir pierādīts, ka jauni neironi rodas no pieauguša organisma cilmes šūnām un zemākiem mugurkaulniekiem. Tomēr bija vajadzīgi gandrīz piecpadsmit gadi, lai pierādītu, ka līdzīgs process notiek arī zīdītāju nervu sistēmā.

Neiroloģijas sasniegumi 90. gadu sākumā noveda pie "jaundzimušo" neironu atklāšanas pieaugušu žurku un peļu smadzenēs. Tie tika atrasti galvenokārt evolucionāri senajās smadzeņu daļās: ožas spuldzēs un hipokampu garozā, kas galvenokārt ir atbildīgas par emocionālo uzvedību, stresa reakciju un zīdītāju seksuālo funkciju regulēšanu.

Tāpat kā putniem un zemākiem mugurkaulniekiem, arī zīdītājiem neironu cilmes šūnas atrodas netālu no smadzeņu sānu kambara. To pārvēršanās neironos ir ļoti intensīva. Pieaugušām žurkām mēnesī no cilmes šūnām veidojas aptuveni 250 000 neironu, kas aizvieto 3% no visiem hipokampā esošajiem neironiem. Šādu neironu dzīves ilgums ir ļoti augsts - līdz 112 dienām. Neironu cilmes šūnas ceļo tālu (apmēram 2 cm). Viņi arī spēj migrēt uz ožas spuldzi, tur pārvēršoties par neironiem.

Zīdītāju smadzeņu ožas spuldzes ir atbildīgas par dažādu smaku uztveri un primāro apstrādi, tostarp feromonu atpazīšanu - vielas, kas savā ķīmiskajā sastāvā ir tuvas dzimumhormoniem. Grauzēju seksuālo uzvedību galvenokārt regulē feromonu ražošana. Hipokamps atrodas zem smadzeņu puslodēm. Šīs sarežģītās struktūras funkcijas ir saistītas ar īstermiņa atmiņas veidošanos, noteiktu emociju realizāciju un līdzdalību seksuālās uzvedības veidošanā. Pastāvīgas neiroģenēzes klātbūtne ožas spuldzē un hipokampā žurkām ir izskaidrojama ar to, ka grauzējiem šīs struktūras nes galveno funkcionālo slodzi. Tāpēc tajās esošās nervu šūnas bieži iet bojā, kas nozīmē, ka tās ir jāatjauno.

Lai saprastu, kādi apstākļi ietekmē neiroģenēzi hipokampā un ožas spuldzē, profesors Geidžs no Solkas universitātes (ASV) uzcēla miniatūru pilsētu. Peles tur spēlējās, nodarbojās ar fizkultūru, meklēja izejas no labirintiem. Izrādījās, ka "pilsētas" pelēm jauni neironi radās daudz lielākā skaitā nekā viņu pasīvajiem radiniekiem, kuri ir iegrimuši rutīnas dzīvē vivārijā.

Cilmes šūnas var izņemt no smadzenēm un pārstādīt citā nervu sistēmas daļā, kur tās kļūst par neironiem. Profesors Geidžs un viņa kolēģi veica vairākus līdzīgus eksperimentus, no kuriem iespaidīgākais bija šāds. Smadzeņu audu daļa, kas satur cilmes šūnas, tika pārstādīta iznīcinātajā žurkas acs tīklenē. (Acs gaismas jūtīgajai iekšējai sienai ir "nervu" izcelsme: tā sastāv no modificētiem neironiem - stieņiem un konusiņiem. Kad gaismas jutīgais slānis tiek iznīcināts, iestājas aklums.) Pārstādītās smadzeņu cilmes šūnas pārvērtās par tīklenes neironiem., to procesi sasniedza redzes nervu, un žurka atguva redzi! Turklāt, pārstādot smadzeņu cilmes šūnas neskartā acī, nekādas transformācijas ar tām nenotika. Iespējams, tīkleni bojājot, rodas kādas vielas (piemēram, tā sauktie augšanas faktori), kas stimulē neiroģenēzi. Tomēr precīzs šīs parādības mehānisms joprojām nav skaidrs.

Zinātnieki saskārās ar uzdevumu parādīt, ka neiroģenēze notiek ne tikai grauzējiem, bet arī cilvēkiem. Šajā nolūkā pētnieki profesora Geidža vadībā nesen veica sensacionālu darbu. Vienā no Amerikas onkoloģiskām klīnikām pacientu grupa ar neārstējamiem ļaundabīgiem audzējiem lietoja ķīmijterapijas līdzekli bromodioksiuridīnu. Šai vielai ir svarīga īpašība – spēja uzkrāties dažādu orgānu un audu dalīšanās šūnās. Bromodioksiuridīns tiek iekļauts mātes šūnas DNS un tiek uzglabāts meitas šūnās pēc mātes šūnu dalīšanās. Patoloģiskie pētījumi ir parādījuši, ka neironi, kas satur bromodioksiuridīnu, ir atrodami gandrīz visās smadzeņu daļās, tostarp smadzeņu garozā. Tātad šie neironi bija jaunas šūnas, kas radās no cilmes šūnu dalīšanās. Atradums bez ierunām apstiprināja, ka neiroģenēzes process notiek arī pieaugušajiem. Bet, ja grauzējiem neiroģenēze notiek tikai hipokampā, tad cilvēkiem, visticamāk, tā var aptvert plašākas smadzeņu zonas, tostarp smadzeņu garozu. Jaunākie pētījumi liecina, ka pieauguša cilvēka smadzenēs jaunus neironus var veidot ne tikai no neironu cilmes šūnām, bet arī no asins cilmes šūnām. Šīs parādības atklāšana ir izraisījusi eiforiju zinātnes pasaulē. Tomēr publikācija žurnālā "Nature" 2003. gada oktobrī daudzējādā ziņā atvēsināja entuziasma pilnus prātus. Izrādījās, ka asins cilmes šūnas patiešām iekļūst smadzenēs, taču tās nepārvēršas par neironiem, bet saplūst ar tiem, veidojot binukleāras šūnas. Tad "vecais" neirona kodols tiek iznīcināts, un to aizstāj ar "jauno" asins cilmes šūnu kodolu. Žurkas organismā asins cilmes šūnas galvenokārt saplūst ar smadzenīšu milzu šūnām - Purkinje šūnām, lai gan tas notiek diezgan reti: visā smadzenītē var atrast tikai dažas sapludinātas šūnas. Intensīvāka neironu saplūšana notiek aknās un sirds muskuļos. Pagaidām nav skaidrs, kāda tam ir fizioloģiskā nozīme. Viena no hipotēzēm ir, ka asins cilmes šūnas nes sev līdzi jaunu ģenētisko materiālu, kas, nonākot "vecajā" smadzenīšu šūnā, pagarina tās mūžu.

Tātad jauni neironi var rasties no cilmes šūnām pat pieaugušo smadzenēs. Šo fenomenu jau plaši izmanto dažādu neirodeģeneratīvu slimību (slimības, ko pavada smadzeņu neironu bojāeja) ārstēšanā. Cilmes šūnu preparātus transplantācijai iegūst divos veidos. Pirmā ir neironu cilmes šūnu izmantošana, kas gan embrijā, gan pieaugušā cilvēkā atrodas ap smadzeņu kambariem. Otrā pieeja ir embriju cilmes šūnu izmantošana. Šīs šūnas atrodas iekšējā šūnu masā agrīnā embriju veidošanās stadijā. Viņi spēj pārveidoties gandrīz par jebkuru ķermeņa šūnu. Lielākais izaicinājums darbā ar embriju šūnām ir panākt, lai tās pārveidotos par neironiem. Jaunās tehnoloģijas ļauj to izdarīt.

Dažas ASV slimnīcas jau ir izveidojušas no embrionālajiem audiem iegūto neironu cilmes šūnu "bibliotēkas", un tās tiek transplantētas pacientiem. Pirmie transplantācijas mēģinājumi dod pozitīvus rezultātus, lai gan šodien ārsti nevar atrisināt šādu transplantāciju galveno problēmu: nikns cilmes šūnu pavairošana 30-40% gadījumu izraisa ļaundabīgu audzēju veidošanos. Pagaidām nav atrasta pieeja, lai novērstu šo blakusparādību. Taču, neskatoties uz to, cilmes šūnu transplantācija neapšaubāmi būs viena no galvenajām pieejām tādu neirodeģeneratīvu slimību ārstēšanā kā Alcheimera un Parkinsona slimības, kas kļuvušas par attīstīto valstu postu.