Усиление оттока спинномозговой жидкости восстановило память старых мышей

По мере старения организма мозг теряет способность очищаться от отходов. Дисфункция лимфатических сосудов, отводящих спинномозговую жидкость (СМЖ), ассоциирована с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера или болезнь Паркинсона. Авторы публикации в Cell предложили механизм поведенческих и когнитивных изменений — они показали, что ослабленный отток спинномозговой жидкости нарушает баланс возбуждения и торможения в коре больших полушарий, и, как следствие, ухудшает память.

Чтобы смоделировать нарушение оттока СМЖ, ученые прооперировали мышей и перевязали им лимфатические сосуды, отводящие жидкость к глубоким шейным лимфоузлам. Поведение и особенности физиологии животных оценивали через четыре недели. Значимых изменений внутричерепного давления зарегистрировано не было, однако результаты поведенческих тестов менялись. В тесте на распознавание нового объекта, когда мышам предъявляют два одинаковых объекта, а спустя 24 часа заменяют один, контрольные мыши демонстрировали больше интереса к новому объекту. Животные с перевязанными сосудами тратили одинаковое количество времени на исследование обоих объектов, что говорит об утрате способности сформировать или извлечь воспоминание. Нарушения памяти подтвердились и в опытах с водным Y-образным лабиринтом. Однако они не были связаны с изменениями моторики, уровня тревожности или появлением депрессивных симптомов.

Регистрация электрофизиологической активности медиальной префронтальной коры — области мозга, участвующей в принятии решений и познании, — показала снижение частоты миниатюрных тормозных постсинаптических токов примерно на 20% при нарушении оттока СМЖ. Это снижение проявилось уже через три недели после операции, амплитуда токов при этом не менялась. Аналогичные изменения наблюдались в синапсах гиппокампа. Параметры миниатюрных возбуждающих токов, напротив, оставались неизменными.

Исследователи убедились, что дисбаланс возбуждающих и тормозных сигналов не связан с изменениями клеточного состава мозга — гибели отдельных популяций нейронов не наблюдалось. Он объясняется скорее перестройкой синаптической сети.

Затем ученые проанализировали протеом и метаболом СМЖ. Оказалось, что перевязка лимфатических сосудов приводила к увеличению уровня компонентов системы комплемента, некоторых триацилглицеринов, инозина и АМФ. Ключевую роль в этих изменениях играла микроглия — у мышей, лишенных микроглии, состав СМЖ оставался прежним даже после перевязки лимфатических сосудов.

Анализ генной онтологии показал, что в микроглии мышей с перевязанными лимфатическими сосудами активировались пути обработки антигенов и презентации экзогенного пептида, ответа на интерферон II типа и положительной регуляции взаимодействия лейкоцитов с клетками. В частности, была повышена экспрессия генов, связанных с фагоцитозом и патологическими реакциями микроглии. Также у клеток менялась морфология.

Чтобы определить механизм, связывающий изменения в микроглии с ее воздействием на тормозные синапсы, авторы статьи измерили уровни ряда цитокинов. Они обнаружили, что экспрессия интерлейкина 6 (IL-6) у мышей с нарушенным оттоком СМЖ возрастала в 3,5 раза. Что интересно, нокаут его гена компенсировал воздействие перевязки лимфатических сосудов — частота миниатюрных тормозных постсинаптических токов восстанавливает. По-видимому, именно сигналинг через IL-6 играет ключевую роль в изменениях работы синапсов. Это предположение подтвердилось в опытах на мышах, которым вводили IL-6 в префронтальную кору — сравнительно высокие дозы интерлейкина нарушали баланс возбуждения и торможения. Исследователи уточняют, что более детальный анализ механизма в данной работе не проводился.

Снижение частоты миниатюрных тормозных постсинаптических токов происходило не только в модели нарушения оттока СМЖ, но и у естественным образом стареющих мышей. Оно обнаружилось, когда ученые сравнили электрическую активность мозга пожилых (20–24 месяца) и молодых (2 месяца) мышей.

Наконец, исследователи проверили, улучшатся ли когнитивные функции стареющих мышей, если восстановить им работу менингеальной лимфатической системы. Они воспользовались фактором роста сосудистого эндотелия C (VEGF-C) — ранее было показано, что его экспрессия улучшает транспорт лимфы и СМЖ в мозге. Ученые доставили VEGF-C в мозг пожилых мышей с помощью аденоассоциированного вирусного вектора. Такая терапия действительно восстановила сниженную частоту тормозных токов в префронтальной коре. У животных, получавших VEGF-C, также снижался уровень IL-6, и они начинали лучше справляться с тестом на распознавание новых объектов.

Работа демонстрирует, что дисфункция лимфатических сосудов, возникающая с возрастом, влияет на баланс возбуждения и торможения в некоторых отделах мозга. Это объясняет результаты более ранних работ, в которых была показана ассоциация между ухудшенным оттоком СМЖ и когнитивными или поведенческими нарушениями.

Стимуляция шейных лимфатических сосудов очистила мозг пожилых мышей