9 января 2022

От чего зависит увеличение миелина в сером веществе мозга

Устойчивость к стрессу и дифференциальные симптомы коррелируют с региональными изменениями в головном мозге

Недавнее исследование связывает тревожное поведение у крыс, а также посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) у ветеранов вооруженных сил с повышенным содержанием миелина — вещества, которое ускоряет связь между нейронами — в областях мозга, связанных с эмоциями и памятью.

Результаты, представленные учеными из Калифорнийского университета в Беркли и Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF), дают возможное объяснение того, почему одни люди устойчивы, а другие уязвимы для травматического стресса, а также различные симптомы — поведение избегания, тревога и стресс. например, страх, вызванный воспоминанием о таком стрессе.

Если, как подозревают исследователи, усиленная миелинизация вызывается экстремальной травмой, результаты могут привести к лечению — лекарствам или поведенческим вмешательствам — которые предотвращают или обращают вспять выработку миелина и уменьшают последствия экстремальной травмы.

Концепция стрессового расстройства мозга

Миелин — это слой жировых веществ и белков, который обволакивает аксоны нейронов — по сути, изоляция вокруг проводки мозга — для облегчения передачи сигналов на большие расстояния и, таким образом, связи между отдаленными областями мозга. Внутренние области мозга выглядят белыми — на самом деле их называют «белым веществом» — из-за миелина, покрывающего множество крупных пучков аксонов.

Но новое исследование обнаруживает повышенную миелинизацию аксонов в так называемом «сером веществе», где находится большая часть клеточных тел нейронов, а большая часть проводки менее изолирована миелином. Дополнительная миелинизация была обнаружена в основном в областях, связанных с памятью.

Исследователи из Медицинского центра по делам ветеранов Сан-Франциско провели МРТ головного мозга 38 ветеранов — половина с посттравматическим стрессовым расстройством, половина без — и обнаружили увеличение миелинизации в сером веществе у людей с посттравматическим стрессом по сравнению с тем, что наблюдается в мозге тех, кто не страдает от посттравматического стресса — ПТСР.

Тем временем коллеги из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили аналогичное увеличение миелинизации в сером веществе взрослых крыс, подвергшихся острому стрессовому событию. Хотя не все крысы демонстрировали долгосрочные последствия стресса — точно так же, как не у всех травмированных ветеранов развивается посттравматическое стрессовое расстройство, — у тех, у которых это было, наблюдалось усиление миелинизации в определенных областях мозга, связанное с определенными симптомами стресса, что было идентично тому, что врачи Калифорнийского университета в Сан-Франциско обнаружили у ветеранов. с ПТСР.

Например, как у ветеранов с посттравматическим стрессовым расстройством, так и у крыс, подвергавшихся стрессу, которые демонстрировали поведение избегания, была повышенная миелинизация в гиппокампе, который часто считают центром памяти. У тех, кто проявлял реакцию страха, была повышенная миелинизация миндалевидного тела, которое играет ключевую роль в нашей реакции на сильные эмоции, такие как страх или удовольствие. У тех, кто страдал тревогой, наблюдалась повышенная миелинизация зубчатой извилины, области, важной для обучения и памяти.

фМРТ Мозг ветерана посттравматического стрессового расстройства

ФМРТ головного мозга ветерана войны с посттравматическим стрессовым расстройством, на котором видны участки серого вещества с повышенным содержанием миелина. Предоставлено: изображение UCSF Линды Чао.

«Меня очень вдохновляет сочетание этих исследований на крысах с нашей популяцией ветеранов с посттравматическими стрессовыми расстройствами», — сказал старший автор доктор Томас Нейлан, директор Клиники посттравматических стрессовых расстройств (ПТСР) и Центра стресса и стресса. Программа исследований в области здравоохранения в Сан-Франциско, штат Вирджиния. «По крайней мере, это еще один механизм, о котором следует подумать, когда мы разрабатываем новые методы лечения. Если мы увидим постоянную способность формировать содержание миелина во взрослом мозге, возможно, лечение поможет обратить это вспять. Вот куда мы хотим пойти дальше».

Люди и крысы по-разному реагируют на стресс

Корреляция между симптомами и областью миелинизации была обнаружена, потому что исследователи Калифорнийского университета в Беркли подвергли крыс серии из более чем дюжины тестов, чтобы оценить их специфическую поведенческую реакцию на острый стресс.

«Мы понимаем, что у людей много индивидуальных различий, но у крыс они генетически идентичны, поэтому вы думаете, что когда вы подвергаете их стрессу, вы получите одинаковую реакцию», — сказала старший автор Даниэла Кауфер, Калифорнийский университет. Беркли, профессор интегративной биологии. «Но реакция чрезвычайно изменчива. Они как бы распадаются на группы, так что некоторые действительно устойчивы, а некоторые уязвимы. И те, кто уязвимы, уязвимы по-разному: некоторые демонстрируют поведение избегания, некоторые демонстрируют проблемы с обучением страху, а некоторые демонстрируют преувеличенную реакцию испуга».

По словам Нейлана, подобная индивидуальность наблюдается у людей с посттравматическим стрессовым расстройством. Новое исследование предполагает, что специфические симптомы связаны с тем, какие области мозга подвергаются новой миелинизации.

«Разные люди с посттравматическим стрессовым расстройством сильно различаются; это не один размер подходит всем. Каждый пациент с посттравматическим стрессовым расстройством обычно имеет сочетание различных симптомов», — сказал Нейлан, профессор психиатрии в Институте неврологии Калифорнийского университета в Сан-Франциско. «Некоторые люди очень избегают. Некоторые люди очень гиперреактивны. Идея состоит в том, что если вы сможете показать, что эти разные кластеры симптомов имеют разные нейронные схемы, это может фактически приблизить нас к подтипированию людей таким образом, чтобы мы могли быть более целенаправленными в нашем лечении».

Исследователи, опубликовавшие свои результаты в декабре 2021 года в журнале Translational Psychiatry, показывают, что стресс производит больше глиальных клеток мозга, называемых олигодендроцитами, которые обвивают аксоны нейронов и образуют миелин. Увеличение количества миелина, вырабатываемого этими новыми олигодендроцитами, может влиять на скорость соединений между нейронами, делая некоторые соединения гиперреактивными.

«В сером веществе вашей коры большая часть дендритов и аксонов — отростков, исходящих из нейронов, которые помогают устанавливать связь с другими нейронами — могут образовывать тысячи соединений, и большинство из них немиелинизированы», — сказал Нейлан. «Но если опыт заставляет вас начать откладывать миелин для укрепления определенных связей, скажем, вашей способности быстро реагировать на пугающий раздражитель, вы можете ускорить эту цепь, но вы потеряете тот вид более широкой адаптивной гибкости, которую вы обычно имели бы. преимущественно с немиелинизированными аксонами и дендритами. Люди с посттравматическим стрессовым расстройством становятся почти как музыканты с одной нотой — они действительно знают, как реагировать на страх. Но эта усиленная, быстрая реакция на страх может уменьшить их адаптивную гибкость для поведения, не связанного со страхом».

Острый стресс повышает уровень олигодендроцитов

В 2014 году Кауфер и ее коллеги из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что крысы, подвергшиеся острому стрессу, производят больше олигодендроцитов в сером веществе мозга, в частности, в гиппокампе. Она предположила, что это привело к усилению миелинизации аксонов, потенциально влияя на скорость, с которой сигналы перемещаются между различными областями серого вещества мозга, такими как гиппокамп и миндалевидное тело. Новое исследование подтверждает эту теорию.

Нейлан был заинтригован результатами 2014 года и связался с Кауфером, и с тех пор они сотрудничают. Нейлан объединилась с Линдой Чао, профессором радиологии Калифорнийского университета в Сан-Франциско, которая разработала способ визуализации миелина в сером веществе головного мозга, и несколько лет назад просканировала мозг 38 ветеранов, перенесших тяжелую травму, некоторые с посттравматическим стрессовым расстройством, а некоторые без него.

В то время ученые, искавшие изменения в миелинизации, связанные с заболеваниями головного мозга, были сосредоточены на белом веществе коры, которое в основном миелинизировано. Например, при рассеянном склерозе аутоиммунная атака разрушает миелин в белом веществе. Кауфер был, возможно, первым, кто обнаружил признаки повышенной миелинизации в сером веществе, связанной с болезнью.

  • Чао и Нейлан действительно обнаружили повышенную миелинизацию нейронов в сером веществе у ветеранов с посттравматическим стрессовым расстройством, но не у тех, у кого его не было. Чем хуже симптомы, тем сильнее миелинизация.
  • Это побудило Кауфера и первого автора Кимберли Лонг, ныне постдокторанта Калифорнийского университета в Сан-Франциско, выяснить, могут ли они также обнаружить повышенное содержание миелина в сером веществе после острой травмы у крыс. После того, как они сосредоточились на конкретных симптомах отдельных крыс с посттравматическим стрессовым расстройством, они обнаружили корреляцию между симптомами и миелинизацией в определенных областях серого вещества.
  • Впоследствии Чао повторно проанализировала сканирование мозга своей предыдущей группы из 38 ветеранов и обнаружила ту же корреляцию: определенные симптомы были связаны с миелинизацией в одной области серого вещества, но не в других.
  • Затем Лонг и Кауфер применили тип вирусной генной терапии, чтобы активировать фактор транскрипции, называемый olig1, который увеличивает производство олигодендроцитов из стволовых клеток в сером веществе. Когда Лонг вводил вирус в зубчатую извилину крыс, исследователи обнаружили, что это увеличило количество олигодендроцитов и вызвало симптомы избегания даже без какого-либо стресса.

«Следующий вопрос был: «Если я изменю генезис олигодендроцитов, изменю ли я поведение?» — сказал Кауфер. «Начало ответа здесь, в этой статье — да. И теперь нужно сделать гораздо больше, чтобы по-настоящему понять это».

Нейлан, Чао и Кауфер сотрудничают в дальнейших исследованиях, включая поиск увеличенного миелина в мозге умерших пациентов с посттравматическим стрессовым расстройством, улучшение визуализации миелина в мозге с помощью фМРТ, изучение влияния хронического стресса на мозговые связи крыс и использование новая визуализация с высоким разрешением для изучения отложений миелина в сером веществе.

Работа выполнена при поддержке гранта Национального института психического здоровья Национальных институтов здравоохранения (R01MH115020).

Другими соавторами статьи были студенты Юрика Казама, Вивиан Роан, Рея Мишра, Анджил Ан, Келси Ху и Клэр Тот, а также докторант Джоселин Бретон из Калифорнийского университета в Беркли; студент Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Лиор Перец; студентка Аризонского университета Дайана Мюллер; докторант Университета Британской Колумбии (UBC) Уильям Казацца; профессор UBC Сара Мостафави; невролог Бостонского университета доктор Бертран Хубер; и исследователь Стивен Вудворд из системы здравоохранения штата Вирджиния Пало-Альто.

Источник

Метки:



Как влияет потребление жиров на диабет 2 типа

Ученые из UNIGE обнаружили, что жир может помочь поджелудочной железе адаптироваться к избытку сахара, тем самым замедляя развитие диабета. Диабет 2 типа, которым страдает почти 10% населения мира, является серьезной проблемой общественного здравоохранения. Чрезмерно малоподвижный образ жизни и слишком калорийная диета способствуют развитию этого метаболического заболевания, изменяя функционирование клеток поджелудочной железы и снижая эффективность регуляции…

Улучшение физической формы за счет интенсивных упражнений

С помощью 2000 участников Framingham Heart Study исследователи из BU изучили, насколько малоподвижный образ жизни, ходьба и рутинные упражнения влияют на физическую форму. Упражнения полезны для здоровья. Это общеизвестно. Но насколько строгим должно быть это упражнение, чтобы действительно повлиять на уровень физической подготовки человека? И если вы сидите весь день за столом, но при этом…

Как растительная пища помогает вырабатывать мРНК

Будущее вакцин может больше походить на поедание салата, чем на укол в руку. Ученые Калифорнийского университета в Риверсайде изучают, могут ли они превратить съедобные растения, такие как салат, в фабрики по производству мРНК-вакцин. Коммуникатор РНК или мРНК технология, используемый в COVID-19 вакцин, работает обучая наши клетки распознавать и защитить нас от инфекционных заболеваний. Одна из…

Как парадокс Пето раскрывает тайны рака

Клетки в организме можно рассматривать как крошечные мишени для стрельбы из лука, каждая из которых уязвима для смертельной стрелы рака. Чем больше клеток у данного животного и чем дольше оно живет, тем выше вероятность накопления вредных клеточных мутаций, которые в конечном итоге могут привести к раку. По крайней мере, так подсказывает интуиция. Тем не менее,…

Как работает «машину времени» из человеческих клеток

Течение рака поджелудочной железы Что делает рак поджелудочной железы таким смертельным, так это его скрытое и быстрое распространение. Теперь «машина времени», построенная инженерами Университета Пердью, показала способ обратить вспять течение рака, прежде чем он распространится по поджелудочной железе. «Эти открытия открывают возможность разработки новой генной терапии или лекарства, потому что теперь мы можем переводить раковые…