Шванновские клетки в детекции болевого сигнала

Способность быстро воспринимать и анализировать внешние стимулы имеет важнейшее значение для выживания организма. В нервной системе позвоночных специализированные сенсорные (чувствительные) нейроны, формирующие ноцицепторы, обнаруживают и посылают сигналы в головной мозг после потенциально опасных контактов с высокопороговыми стимулами различных повреждающих факторов (химических, термических, механических). Тела и аксоны этих нейронов связаны с глиальными клетками, которые выполняют множество функций в нервной системе: опорную, трофическую, секреторную, разграничительную и защитную, и даже претендуют на монополию нейронов в сенсорной активности.

Кожный покров имеет значительную площадь и играет огромную роль в восприятии стимулов окружающей среды. Предполагалось, что ноцицепторы теряют глиальную оболочку при пересечении базальной мембраны эпидермиса, оставляя только свободные окончания немиелинизированных аксонов в качестве ноцицептивных сенсоров, а ненейронные клетки эпидермиса, такие как кератиноциты, могут модулировать ноцицепцию [1].

Сенсорные нейроны классифицируются на миелинизированные волокна типа A (с аксонами большого диаметра) и немиелинизированные волокна типа C (с аксонами малого диаметра). Миелин представлен клеточной мембраной глиальных клеток, многократно обмотанной вокруг аксона. Участки, не покрытые миелином, называются перехватами Ранвье. Миелинизация способствует более быстрому распространению нервного импульса. В центральной нервной системе функцию «изоляции» нервных волокон выполняют олигодендроциты, в периферической — шванновские клетки. С-волокна организуются в «волокна Ремака» немиелинизирующими клетками Ремака-Шванна. Этот подтип шванновских клеток не имеет непосредственной связи с аксоном и не активирует экспрессию гена миелина. Также существуют частично миелинизированные волокна В-типа, представленные преимущественно преганглионарными волокнами вегетативной нервной системы [2].

В коже волокна типа С более распространены, чем волокна типа А, и способны реагировать на разнообразные раздражители, включая механические, тепловые и химические. Отсутствие миелинизации обеспечивает большую пластичность в волокнах C, что особенно важно для кожи, которая часто подвергается различным физическим повреждениям и травмам [3].

Исследовательская группа профессора Н. Абдо из Каролинского института (Швеция) обнаружила специализированный тип глиальных клеток, с уникальными морфологическими и молекулярными характеристиками, названные ноцицептивными клетками Шванна. Они образуют разветвленную сеть на дермо-эпидермальной границе [4]. Посредством тесной ассоциации с ноцицептивными нервными окончаниями ими формируется глионейральный комплекс (рис. 1). Отростки нейронов и шванновских клеток окружены толстым слоем фибриллярного коллагена, ориентированного в направлении глионейрального комплекса и отличного от остального коллагена [5].

Ноцицептивные нейроны обычно находятся в электрически неактивном состоянии. При активации потенциально опасными (выше порогового уровня) стимулами различной природы ноцицептивные сигналы передаются в головной мозг по нейронному «кабелю» в форме электрического импульса [5]..

Рисунок 1. Глионейральный ноцицептивный комплекс

Чтобы исследовать роль обнаруженных ноцицептивных клеток Шванна в восприятии болевых стимулов, использовался оптогенетический метод. Он основан на встраивании в мембрану клетки фотоактивируемых белков (опсинов). В эксперименте участвовали две группы мышей с введенным геном канала родопсина: у первой группы он располагался только на ноцицептивных нейронах, у второй — только на шванновских клетках. При этом световая стимуляция обоих типов клеток приводила к зависимому от интенсивности света отдергиванию конечностей, что подтвердило участие этих специфичных клеток Шванна в ноцицепции.

Также наблюдались характерные для болевого раздражения паттерны поведения, такие как облизывание или встряхивание в сочетании с отдергиванием лапы от источника раздражения, избегание нагрузки конечности после стимуляции.

Для выяснения специфических стимулов, к которым чувствительны ноцицептивные клетки Шванна, исследователи применили субпороговую световую стимуляцию в сочетании с холодовыми, тепловыми и механическими стимулами последовательно, а также в условиях ингибированной рецепции шванновских клеток. В условиях блокирования ноцицептивной передачи сигналов шванновскими клетками не снижалась чувствительность к холоду или теплу, но порог восприятия механических раздражителей значительно повысился. Дальнейшие электрофизиологические исследования показали, что ноцицептивные клетки Шванна очень быстро реагировали на изменения уровня механического воздействия и со временем адаптировались к нему. Эти результаты показывают, что ноцицептивные клетки Шванна в физиологических условиях способствуют ощущению боли от механических стимулов.

Открытие кожной ноцицептивной сети с аксональным и шванновским компонентами предоставляет новую потенциальную мишень для лечения болевого синдрома. Необходимо дальнейшее изучение механизмов взаимодействия клеток внутри этого сенсорного поля. Методами РНК-секвенирования выявлено, что клетки Шванна, расположенные вдоль периферических нервов, экспрессируют гены белковых пьезо-ионных каналов. Эти структуры выполняют роль механочувствительных датчиков [4]. Важным аспектом для изучения является роль ноцицептивных клеток Шванна при повреждениях аксона.

Источники:

1. Peirs C. et al. Dorsal Horn Circuits for Persistent Mechanical Pain. Neuron. 2015;87(4):797-812.
2. Benarroch E.E. Dorsal horn circuitry: Complexity and implications for mechanisms of neuropathic pain. Neurology. 2016;86(11):1060-9.
3. Muller Q et al. Development of an innervated tissue-engineered skin with human sensory neurons and Schwann cells differentiated from iPS cells. Acta Biomater. 2018;82:93-101.
4. Abdo H. et al. Specialized cutaneous Schwann cells initiate pain sensation. Science.2019; 365(6454):695-699.
5. Doan R. A., Monk K.R.Glia in the skin activate pain responses.Science.2019; 365(6454):641-642.

Источник: medach.pro

Комментарии: