При нейродегенеративных заболеваниях в мозге повышается число эндотелиальных клеток с провоспалительным фенотипом

Эндотелиальные клетки гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) образуют плотные контакты и ограничивают проникновение молекул и клеток в мозг. Но с возрастом целостность ГЭБ нарушается, а при болезни Альцгеймера (БА) этот процесс протекает еще быстрее. Изменения в ГЭБ предшествуют появлению маркеров БА и повреждению мозга. Но нарушения барьера характерны и для других нейродегенеративных заболеваний, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС) и лобно-височная деменция (ЛВД). Эти две болезни развиваются раньше БА и часто связаны с генетическими нарушениями, затрагивающими ядерную функцию РНК-связывающего белка TDP-43 (продукта гена TARDBP). Уровень TDP-43 в ядрах нейронов снижен почти во всех случаях БАС и в половине случаев ЛВД, а также в некоторых случаях БА. Дисфункция TDP-43 не ограничивается нейронами и наблюдается в астроцитах, островках поджелудочной железы и даже в фибробластах, изолированных из кожи. Неясно, играет ли роль TDP-43 в нарушении функции ГЭБ. Этот вопрос изучили авторы из США.

Исследователи получили посмертные образцы коры мозга 92 доноров (50 мужчин и 42 женщин), молодых и старых, страдавших от нейродегенеративных заболеваний и нет. Они обогатили образцы эндотелиальными клетками и микроглией и проанализировали популяции этих клеток, в том числе методом inCITE-seq. Состояние микроглии коррелирует с развитием БА, БАС и ЛВД, но изменения в эндотелиальных клетках при этих заболеваниях изучены хуже.

Авторы проанализировали профили экспрессии генов эндотелиальных клеток капилляров и разделили их на три группы. В первую вошли в основном доноры без заболеваний. Во второй были люди с БА и ЛВД, а в третьей — доноры старшего возраста, люди с БА и БАС, а также несколько человек с ЛВД. Пол доноров не влиял на кластеризацию, однако эндотелиальные клетки вен и тем более артерий не давали такого четкого разделения. При заболеваниях в эндотелиальных клетках капилляров снижалась экспрессия β-катенина и повышалась экспрессия TNF/NF-κB и TGF-β, активировалась система комплемента, нарушался фолдинг белков. Таким образом, и микроглия, и эндотелиальные клетки меняются в ответ на прогрессирование заболеваний, особенно эндотелиальные клетки капилляров.

Далее исследователи проанализировали изменения в ядерных p65/NF-κB в микроглие при нейродегенеративных заболеваниях. NF-κB-сигналинг активировался при БА, БАС и ЛВД. Микроглия кластеризовалась на четыре группы: гомеостатическая (характеризуется экспрессией CX3CR1 и P2RY12), ассоциированная с заболеванием микроглия (SPP1 и TMEM163), переходная и дистрофическая (FTL и FTH). Активность NF-κB была самой высокой в ассоциированной с заболеванием микроглии. Ее было больше у доноров с БА, БАС и ЛВД.

Применив тот же подход к эндотелиальным клеткам капилляров, авторы идентифицировали пять групп. Реактивных клеток (провоспалительных) было больше у доноров с нейродегенеративными заболеваниями, гомеостатических — у доноров без таких заболеваний. В популяции реактивных клеток был снижен уровень TDP-43 и ядерного β-катенина, а также генов каноничного пути Wnt. Уровень ядерного TDP-43 снижался в >90% случаев БАС и >50% случаев БА. Снижение уровня TDP-43 в капиллярных эндотелиальных клетках коррелировало с ростом уровней таргетных генов TNF/NF-κB.

Авторы снизили экспрессию TDP-43 в иммортализованных эндотелиальных клетках мозга, а также у мышей. Изменения походили на те, что наблюдались в реактивных эндотелиальных клетках. Сильнее всего были затронуты сигнальные пути Myc, мезенхимального перехода и TNF/NF-κB (экспрессия повышалась), а также интерлейкина 2 — STAT5, регуляции тесных контактов и транспорта через ГЭБ (экспрессия снижалась). Полученные данные позволяют предположить, что потеря TDP-43, наблюдаемая в группе реактивных клеток, достаточна для того, чтобы вызвать большинство изменений в ключевых сигнальных путях, включая Wnt/β-катенин и TNF/NF-κB.

Таким образом, авторы идентифицировали провоспалительный подтип капиллярных эндотелиальных клеток, характерный для нейродегенеративных заболеваний, таких как БА, БАС и ЛВД. В этих клетках снижен уровень ядерного TDP-43. Этого достаточно для повышения транскрипционной активности p65/NF-κB и нарушения сигналинга Wnt/β-катенина, что свидетельствует о нарушении целостности ГЭБ.

Гликокаликс эндотелиальных клеток защищает мозг мышей от нейродегенерации