Ученые обнаружили скрытые каналы, позволяющие мозгу выводить отходы

Фото из открытых источников

Мозг постоянно вырабатывает продукты метаболизма, которые необходимо удалять для поддержания его нормального функционирования. Спинномозговая жидкость (СМЖ) играет центральную роль в этом процессе, выводя такие белки, как бета-амилоид, фосфорилированный тау-белок и α-синуклеин, которые связаны с болезнью Альцгеймера, болезнью Паркинсона и другими нейродегенеративными заболеваниями при их аномальном накоплении.

Учёным давно известно, что большая часть этих отходов в конечном итоге покидает мозг через лимфатические сосуды и оттекает в лимфатические узлы в области шеи. Однако один фундаментальный вопрос остаётся без ответа: как спинномозговая жидкость пересекает паутинную оболочку — защитный барьер, отделяющий мозг от окружающей лимфатической системы?

Исследовательская группа под руководством Ко Гоу Ёна, директора Центра сосудистых исследований Института фундаментальных наук (IBS), совместно с коллегами из Кореи, Финляндии и США, выявила недостающий анатомический вход. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell.

Исследователи обнаружили микроскопические отверстия в паутинной оболочке, которые они назвали «паутинными фенестрациями», позволяющие спинномозговой жидкости напрямую попадать в лимфатические сосуды мозговых оболочек. Полученные данные раскрывают наиболее подробный на сегодняшний день путь выведения отходов из мозга и определяют дренажный путь, который постепенно ухудшается с возрастом, но может быть функционально восстановлен у старых мышей.

Исследовательская группа объединила трехмерную визуализацию целых препаратов, генетически модифицированных мышей-репортеров, просветление тканей, сканирующую электронную микроскопию (СЭМ), эксперименты с функциональными трассерами и сравнительные исследования на нечеловеческих приматах. Они выявили специализированную лимфатическую сеть, расположенную между обонятельными луковицами и решетчатой пластинкой — перфорированной костью, отделяющей мозг от носовой полости. В отличие от других областей паутинной оболочки, эта область содержала многочисленные микроскопические отверстия диаметром приблизительно 2–12 микрометров.

Флуоресцентные трассеры, введенные в спинномозговую жидкость, накапливались вокруг этих отверстий, преодолевали арахноидальный барьер, проникали в менингеальные лимфатические сосуды, пересекали решетчатую пластинку и продолжали движение по лимфатическим сосудам слизистой оболочки носа, прежде чем дренироваться в шейные лимфатические узлы. Аналогичные арахноидальные отверстия были также обнаружены у макак-крабоедов, что позволяет предположить, что эта специализированная дренажная структура сохранилась и у мышей.

«Благодаря сочетанию трехмерной визуализации и экспериментов с трассерами спинномозговой жидкости мы выявили микроскопические отверстия в паутинной оболочке, которые служат функциональными каналами для оттока спинномозговой жидкости», — сказал соавтор исследования Хон Сон Пё. «Обнаружение аналогичных структур у нечеловеческих приматов предполагает, что этот путь может быть широко распространен среди млекопитающих».

Чтобы определить, необходимы ли эти отверстия для оттока спинномозговой жидкости, исследователи физически заблокировали их с помощью микросфер, слишком больших для прохождения через отверстия. Это значительно уменьшило отток спинномозговой жидкости в шейные лимфатические узлы, предоставив прямые функциональные доказательства того, что отверстия служат важными выходными порталами для спинномозговой жидкости. В совокупности эти результаты показывают, что отходы жизнедеятельности мозга следуют по определенному лимфатическому пути, а не просто диффундируют вокруг обонятельных нервов, прежде чем попасть в носовую лимфатическую систему.

Далее исследователи изучили, как эта дренажная система изменяется с возрастом. По сравнению с молодыми взрослыми мышами, у старых мышей наблюдалось повсеместное ухудшение состояния всей системы. Лимфатические сосуды, окружающие обонятельные луковицы, заметно уменьшились в размерах, а арахноидальные отверстия стали меньше по размеру и их стало меньше. Отверстия в центральной решетчатой пластинке также существенно сузились, и эти структурные изменения совпали с выраженным уменьшением оттока спинномозговой жидкости.

Вместо того чтобы вводить препарат путем проникновения через мозговые оболочки, покрывающие головной мозг, команда исследователей ввела через носовую полость аденоассоциированный вирусный вектор, экспрессирующий фактор роста эндотелия сосудов-С (VEGF-C). VEGF-C — это сигнальная молекула, которая способствует росту лимфатических сосудов. Этот менее инвазивный интраназальный подход избирательно расширил лимфатические сосуды, окружающие обонятельные луковицы и находящиеся в слизистой оболочке носа. Хотя это не восстановило возрастную потерю арахноидальных отверстий и не увеличило отверстия решетчатой пластинки, расширенная лимфатическая сеть восстановила отток спинномозговой жидкости у старых мышей до уровня, сопоставимого с наблюдаемым у молодых животных.

«Используя интраназальное введение VEGF-C, мы восстановили отток спинномозговой жидкости у старых мышей до уровня, сопоставимого с молодыми животными», — говорит соавтор исследования Джин Чхольхва. «Сейчас мы изучаем, нарушается ли этот путь оттока при болезни Альцгеймера и болезни Паркинсона, и может ли сохранение его функции замедлить начало или прогрессирование заболевания».

Нарушение клиренса спинномозговой жидкости все чаще связывают со старением и нейродегенеративными заболеваниями. Выявив анатомический путь, через который спинномозговая жидкость попадает в лимфатическую систему, и продемонстрировав, что этот путь может быть функционально восстановлен у стареющих мышей, данное исследование предлагает новую концепцию для понимания того, как изменяется клиренс отходов головного мозга в процессе старения.

«Традиционно паутинная оболочка рассматривалась как защитный барьер, окружающий мозг», — резюмировали авторы исследования. «Наши результаты показывают, что она также содержит специализированные каналы, позволяющие спинномозговой жидкости попадать в лимфатическую систему. Понимание того, как эти каналы изменяются с возрастом, открывает новые возможности для изучения выведения отходов из мозга и неврологических заболеваний».