Нейроны-зомби и эпилепсия: возрастающая роль клеточного старения в патогенезе лекарственно-устойчивой эпилепсии

Сенесценция (клеточное старение) — это состояние клетки, индуцированное необратимым клеточным повреждением. Маркером сенесценции является выход из клеточного цикла, однако было обнаружено, что нейроны, которые являются постмитотическими клетками изначально, также подвержены старению. Нейрональная сенесценция распространена как при старении организма, так и при нейродегенеративных заболеваниях. Тем не менее роль сенесценции в патогенезе эпилепсии практически не изучена. В этом выпуске JCI Ge и соавторы использовали резецированную ткань мозга пациентов с лекарственно-устойчивой эпилепсией, нокаутную мышь и мышь с химически индуцированными судорогами для демонстрации субпопуляции стареющих кортикальных пирамидных нейронов, которые, вероятно, вносят свой вклад в патофизиологию эпилепсии. Эти находки  выделяют сенесценцию, как возможную мишень для прецизионного терапевтического подхода в лечении эпилепсии и требуют дальнейшего изучения.

Сенесценция при физиологическом старении и нейродегенеративных заболеваниях

Клеточная сенесценция – это состояние, при котором клетка находится между жизнью и смертью. Как правило, когда клетки повреждаются необратимо, их программируемая гибель осуществляется через апоптоз. Однако при определённых условиях вместо самоуничтожения клетка может войти в сенесценцию, как в устойчивое к апоптозу состояние, связанное с остановкой митоза. Хотя маркером сенесценции является выход из клеточного цикла, нейроны, будучи постмитотическими клетками изначально, так же подвержены старению. В нейронах это состояние характеризуется повышенной экспрессией белков-ингибиторов клеточного цикла (например, Р21, Р53), повреждением ДНК, изменённой аутофагией, эпигенетическими изменениями (например, разрушением ядерной пластинки) и дисфункцией органелл (в особенности митохондрий и лизосом).

Нейрональная сенесценция является хорошо изученным феноменом при старении, который индуцируется повреждением ДНК, активными формами кислорода или онкогенными сигналами. Таким образом, старение нейронов все чаще связывают с нейродегенеративными заболеваниями, включая болезнь Альцгеймера [1, 2]. Тем не менее сенесценция при эпилепсии не была широко изучена и описана. Недавно было опубликовано единственное основанное на гипотезах исследование, демонстрирующее признаки клеточного старения в резерцированной ткани эпилептического очага у пациентов с фокальной кортикальной дисплазией типа II (ФКД), а так же у двух мышиных моделей с mTORопатией (вариант в гене Depdc5) [3].

В этом выпуске JCI Ge и соавторы выполнили объективный анализ эпилептической ткани с разрешением до одной клетки у лиц с рефрактерной эпилепсией, чтобы выявить общий фенотип старения в поражённых нейронах, подтвердив с помощью различных методологий и моделей роль сенесценции в патогенезе эпилепсии.

Анализ гетерогенных клеток при эпилепсии

Одной из больших проблем в анализе патогенетических механизмов эпилепсии является то обстоятельство, что в генерации и распространении приступа участвуют не все, а скорее определённые нейроны или нейронные сети. Таким образом, технологии визуализации с разрешением до отдельных клеток всё чаще используются для изучения патогенетических механизмов при различных формах эпилепсии. Например, комбинаторный анализ транскриптома и экспрессии белков (профилирование) отдельных клеток резерцированной ткани больных лекарственно-устойчивой эпилепсией выявил активацию микроглии и инфильтрацию провоспалительными иммунными клетками, что соответствует воспалительной реакции и поддерживает иммунное микроокружение в эпилептическом очаге [5].

Одним из наиболее перспективных методов изучения головного мозга с разрешением на уровне отдельной клетки является патч-секвенирование, позволяющее одновременно анализировать электрофизиологические, молекулярные и морфологические свойства отдельного нейрона. Это достигается с помощью традиционной электрофизиологической регистрации методом локальной фиксации потенциала (patch-clamp) целой клетки с последующей аспирацией её содержимого, секвенированием РНК отдельных клеток (single-cell RNA-seq) и в завершение – морфологической характеристикой, для получения которой используется заполнение биоцитином [6]. Этот подход был реализован для создания надежных атласов подтипов нейронов в мозге человека, приматов и мышей [7, 8] и является многообещающей технологией для изучения эпилепсии, где могут быть одновременно исследованы электрофизиологические и молекулярные свойства нейронов, участвующих в эпилептогенезе. Ge и соавторы выполнили патч-секвенирование 197 нейронов от 36 человек c лекарственно-устойчивой эпилепсией, чтобы выявить общий фенотип нейрональной сенесценции [4].

Старение и эпилепсия

Эпилепсия представляет собой разнородную группу расстройств, которая характеризуется гиперсинхронной активностью в головном мозге, клинически проявляющейся в виде судорожных приступов. Особенно остро нуждаются в эффективном лечении люди с лекарственно-устойчивой эпилепсией, когда противосудорожные препараты, а также хирургические и основанные на стимуляции [блуждающего нерва] вмешательства неэффективны, а продолжающаяся судорожная активность существенно снижает качество жизни.

Резистентные эпилепсии включают в себя несколько подтипов, включая фокальную кортикальную дисплазию (ФКД) и эпилепсию височной доли. ФКД обычно регистрируется на МРТ и характеризуется наличием баллонных клеток в белом веществе и дисморфных нейронов в сером веществе, а височная эпилепсия – склерозом гиппокампа и утратой нейронов. Учитывая кажущуюся несопоставимость этих патологий, мы стремимся найти общие биологические пути для определения терапевтических мишеней и лечения резистентных эпилепсий.

Ge и соавторы проанализировали данные патч-секвенирования 197 нейронов, собранных из 36 индивидуальных донорских образцов, взятых от лиц с лекарственно-устойчивых ФКД и височной эпилепсией. Электрофизиологические характеристики и транскриптомы этих клеток были использованы для идентификации субпопуляции корковых пирамидных нейронов, имевших повышенную экспрессию генов маркеров старения, включая ингибиторы циклинов (ген CDKN1A, кодирующий белок P21, CCL2 и NFKBIA) и SASP-связанные интерлейкины и хемокины. С помощью множественных визуализирующих исследований (РНК и белка) Ge и его коллеги подтвердили фенотип сенесценции в резецированных тканях из образцов различных вариантов лекарственно-устойчивой эпилепсии, обнаружив повышенное содержание ингибиторов клеточного цикла (P21, P53), маркера повреждения ДНК H2AX и маркера старения b-галактозидазы (SA-?-Gal), а также снижение ламина В1, маркера ядерной целостности. Эти фенотипы специфичны для нейронов с повышенным содержанием нейрофиламентов и более крупными телами, что характерно для клеток, связанных с патологией при ФКД. Дополнили эксперименты на резецированных тканях человека нокаутная мышь с мТОRпатией (Pten) и мышь с химически индуцированной эпилепсией, на которых продемонстрировали повышение маркеров старения при хронической эпилепсии, но не при острых припадках (Рисунок 1) [4].

Клинические перспективы и вопросы для будущих исследований

В совокупности недавние публикации исследовательской группы Ribierre и лаборатории Ge выявили фенотипы сенесценции в образцах резецированной ткани, взятой у пациентов с лекарственно-устойчивой эпилепсией при широком спектре патологий (ФКД, эпилепсии височной доли и эпилепсии, связанной с опухолями) [3, 4]. Более того, обе команды подтвердили эти результаты на генетически нокаутных (Depdc5/Pten/mtor) мышах и моделях с химически индуцированными судорогами. Эти независимые исследования подтверждают «теорию старения» с помощью различных методологий, что сообщает весомость их выводам. В частности, группа Ribierre предложила теорию старения, основанную на известной взаимосвязи между сигнальным путём mTOR и выходом баллонных клеток из клеточного цикла, показанным в исследовании 2007 года [3, 9]. Ge и соавторы использовали объективный комбинаторный электрофизиологический и транскриптомный подход на уровне одной клетки [4]. При этом обе группы пришли к общему выводу о роли сенесценции в патогенезе резистентной эпилепсии [3, 4].

В целом эти исследования дают основания предположить, что сенесценция действительно характерна для различных форм резистентной эпилепсии. Однако имеются некоторые расхождения, которые требуют дальнейшего изучения. Прежде всего, в то время как Ribierre и соавт. выявили эпилептиформную активность в резецированной ткани с использованием мультиэлектродных матриц, Ge и соавт., применяя patch clamp в патологических нейронах, не наблюдали никаких электрофизиологических изменений [3, 4]. Таким образом, необходимо дальнейшее изучение автономных и неавтономных свойств стареющих нейронов и их влияния на сетевое расстройство. Несмотря на эти открытые вопросы, исследования подчеркивают старение как потенциальную патогенетически-ориентированную прецизионную терапевтическую мишень. Действительно, использование сенолитических препаратов (дазатиниб/кверцетин) уменьшает количество стареющих клеток и снижает частоту судорог в мышиной модели mTOR [3], что мотивирует к дальнейшему изучению. Другой интересной стратегией является использование сеноморфных агентов, которые могут обратить старение вспять, а не разрушать сенесцентные нейроны, которые уже нельзя заменить. В будущем следует проводить доклинические и клинические испытания, используя сенотерапию в качестве возможного лечения лекарственно-устойчивых форм эпилепсии.

Перевод: Костылева З. Е.

Источник: Carvill GL. Zombie neurons in epilepsy: a burgeoning role for senescence in drug-resistant epilepsy. J Clin Invest. 2025 Mar 3;135(5):e189519. doi: 10.1172/JCI189519. PMID: 40026249; PMCID: PMC11870726.

Ссылки: 

1. Dehkordi SK, et al. Profiling senescent cells in human brains reveals neurons with CDKN2D/p19 and tau neuropathology. Nat Aging. 2021;1(12):1107–1116.2. Musi N, et al. Tau protein aggregation is associated with cellular senescence in the brain. Aging Cell. 2018;17(6):e12840.3. Ribierre T, et al. Targeting pathological cells with senolytic drugs reduces seizures in neurodevelopmental mTOR-related epilepsy. Nat Neurosci. 2024;27(6):1125–1136.
2. Ge Q, et al. Multimodal single-cell analyses reveal molecular markers of neuronal senescence in human drug-resistant epilepsy. J Clin Invest. 2025;135(5):e188942.5. Kumar P, et al. Single-cell transcriptomics and surface epitope detection in human brain epileptic lesions identifies pro-inflammatory signaling. Nat Neurosci. 2022;25(7):956–966.
3. Cadwell CR, et al. Electrophysiological, transcriptomic and morphologic profiling of single neurons using Patch-seq. Nat Biotechnol. 2016;34(2):199–203.
4. Bakken TE, et al. Comparative cellular analysis of motor cortex in human, marmoset and mouse. Nature. 2021;598(7879):111–119.
5. Lee BR, et al. Signature morphoelectric properties of diverse GABAergic interneurons in the human neocortex. Science. 2023;382(6667):eadf6484.
6. Thom M, et al. An investigation of the expression of G1-phase cell cycle proteins in focal cortical dysplasia type IIB. J Neuropathol Exp Neurol. 2007;66(11):1045–1055.