Один из самых оживленных дебатов в нейробиологии за последние полвека окружает тему, обновляется ли человеческий мозг, производя новые нейроны на протяжении всей жизни, и возможно ли омолодить мозг, повысив его врождённую регенеративную способность. Несколько десятков лет назад догма о том, что нейроны не восстанавливаются, была разбита доказательствами существования нескольких зон регенерации в мозге, работающих всю жизнь. И вот только все приняли этот факт, как новое исследование, опубликованное накануне Международного женского дня в Nature, вновь его вроде бы опровергает.
Поиск новых нейронов в зубчатой извилине гиппокампа у макак
Как считалось, одна из самых активных зон регенерации и фактически основное место появления новых нейронов – субгранулярная зона гиппокампа. Ведь гиппокамп играет основную роль в обучении и формировании памяти, а для этого необходимы новые синапсы, и для них – новые нейроны. Долгое время считалось, что нейрогенез происходит там в течение всей жизни. Но работа исследователей из университета Сан-Франциско ставит это убеждение под сомнение: они обнаружили, что интенсивность нейрогенеза падает уже в детстве и исчезает совсем у взрослых.
Новое исследование, основанное на тщательном анализе 59 образцов человеческого гиппокампа, позволяет предположить, что новые нейроны могут вообще не возникать во взрослом человеческом мозге. Полученные результаты представляют собой проблему для множества исследований, которые предполагают, что усиление нейрогенеза может помочь в лечении заболеваний головного мозга — от болезни Альцгеймера до депрессии. Но от этого только интереснее, как мозг адаптируется к различным жизненным условиям, учится и запоминает без возникновения новых нейронов.
Исследования на грызунах (у которых нейрогенез активен на протяжении всей жизни) показали, что в гиппокампе он снижается с возрастом, но в остальном довольно пластичен – он усиливается при выполнении физических упражнений, ослабляется при стрессе. Эксперименты на животных также показывали, что нейрогенез-стимулирующие методы могут помочь в терапии нейродегенеративных заболеваний. Существует даже предположение, что работа некоторых антидепрессантов основана на стимуляции нейрогенеза в зубчатой извилине гиппокампа.
Но это у животных, а о взрослом нейрогенезе у людей впервые сообщили лишь в конце 90-х. Эти исследования проводились таким образом: оценивались даты рождения клеток в посмертных образцах, либо оценивались клеточные маркеры стволовых клеток или молодых нейронов. Однако, сложно считать эти данные достоверными – выборки не отличались величиной, а специфичность маркеров оставалась под вопросом. Они действительно могли указывать на молодые клетки в головном мозге, но точно ли это были нейроны? Похожие рецепторы присутствуют и на клетках глии, которая действительно регенерирует в течение всей жизни.
В недавнем исследовании учёные также собрали и проанализировали образцы человеческого гиппокампа, в которые вошли 37 образцов посмертных тканей и 22 образца после хирургического иссечения у пациентов, лечившихся от эпилепсии.
Научная группа проанализировала изменения в численности молодых нейронов и стволовых клеток, присутствующих в этих тканях с рождения и до совершеннолетия. Они использовали различные антитела для идентификации клеток разных типов и состояний зрелости, в том числе нервных стволовых клеток и предшественников, новорождённых и зрелых нейронов, глиальных клеток. Помимо этого исследовали клетки, которые маркировали, основываясь на их форме и структуре и включая визуализацию с помощью электронной микроскопии высокого разрешения для множества образцов тканей, чтобы подтвердить идентичность между нейронами, стволовыми клетками или глией.
Учёные обнаружили многочисленные доказательства нейрогенеза в зубчатой извилине во время пренатального развития мозга и у новорождённых, наблюдая в среднем 1618 молодых нейронов на квадратный миллиметр ткани мозга во время рождения. Но количество стволовых клеток резко снизилось в образцах, полученных в раннем младенчестве: образцы зубчатых извилин годовалых младенцев содержали в пять раз меньше новых нейронов, чем у новорождённых.
Спад продолжался в детстве, когда число новых нейронов уменьшалось в 23 раза в возрасте от одного до семи лет, а затем последовало дальнейшее пятикратное снижение к возрасту 13 лет. В этот момент нейроны также казались более зрелыми, чем те, которые наблюдались в образцах мозга более молодых людей. Авторы наблюдали только около 2,4 новых клеток на квадратный миллиметр ткани зубчатой извилины в раннем подростковом возрасте, и не обнаружили ни одного новорождённого нейрона ни в одном из 17 взрослых образцов после смерти или в образцах ткани 12 взрослых пациентов, иссеченных во время хирургического лечения эпилепсии.
Поиск новых нейронов в образцах зубчатой извилины гиппокампа человека
После этого исследователи обратились к изучению стволовых клеток, из которых возникают новые нейроны. Они обнаружили, что нейронные предшественники многочисленны во время пренатального развития мозга, но становятся чрезвычайно редкими уже в раннем детстве. Они отметили, что эти клетки также не объединяются, как предполагалось ранее, в отдельную структуру – субгранулярную зону.
Авторы признают, что независимо от того, насколько всесторонне и тщательно они искали, всё равно невозможно окончательно показать, что во взрослом гиппокампе не существует новых нейронов.
Но, возможно, это и неплохо – если мы поймём, как же мозг функционирует без воспроизводства новых нейронов, это поможет нам лучше осознать механизмы множества патологических процессов и приблизиться к пониманию того, как их лечить. Тем не менее, статья уже вызвала самое бурное обсуждение в научных кругах. Джейсон Снайдер, руководитель нейробиологической лаборатории в Университете Британской Колумбии, уже опубликовал на страничке лаборатории разбор статьи с названием «Чоблин! Нет нейрогенеза у человека?? (WTF! No neurogenesis in humans??)». В ближайшие пару дней мы опубликуем перевод и этого интереснейшего текста. В любом случае, начавшейся дискуссии в нейронаучном сообществе можно только порадоваться – поэтому и мы не ограничимся рассказом только об этой статье в Nature, так что пока только «часть первая».
Текст: Дарья Тюльганова
Human hippocampal neurogenesis drops sharply in children to undetectable levels in adults by Shawn F. Sorrells, Mercedes F. Paredes, Arantxa Cebrian-Silla, Kadellyn Sandoval, Dashi Qi, Kevin W. Kelley, David James, Simone Mayer, Julia Chang, Kurtis I. Auguste, Edward F. Chang, Antonio J. Gutierrez, Arnold R. Kriegstein, Gary W. Mathern, Michael C. Oldham, Eric J. Huang, Jose Manuel Garcia-Verdugo, Zhengang Yang & Arturo Alvarez-Buylla in Nature. Published online March 2018.
doi:10.1038/nature25975
