Ангел и убийца. Микрочастица мозга, изменившая медицину

Филдс интересовался шванновскими клетками [19] , потому что в развивающемся эмбрионе они способствовали росту миелиновых оболочек, защищавших нейроны.

В то время нейроны были безоговорочными любимцами в мире научных исследований. Ведь они отвечают за создание триллионов синаптических соединений, необходимых людям для того, чтобы думать, чувствовать, запоминать, учиться и любить во всех смыслах и качествах этих понятий.

Нейроны рассматривались как игроки высшей лиги во всем, что касалось нашего настроения, психического здоровья и памяти. Глиальные клетки находились в низшей лиге: они заботились о потребностях нейронов примерно так же, как свита помощников делает все, чтобы выполнить любую прихоть кинозвезды.

19

Филдс интересовался шванновскими клетками. – R. Douglas Fields, The Other Brain (New York: Simon & Schuster, 2011).

Каждый эмбрион возникает в виде шарика из стволовых клеток. По мере развития плода в утробе стволовые клетки начинают подразделяться на разные типы, создающие органы и системы человеческого тела. К примеру, некоторые стволовые клетки становятся кератиновыми, формирующими ногти и волосы. Другие – клетками внутренних органов и составляют ткани сердца или печени. Третьи – нервными клетками тела или нейронами мозга.

Небольшое семейство глиальных клеток содержит четыре разновидности, включая шванновские клетки. Они развиваются разными путями, и исследователи до сих пор изучают и обсуждают их роль в головном мозге. Глиальные клетки, называемые олигодендроцитами, подобно шванновским клеткам, возникают в развивающемся человеческом эмбрионе из того же семейства стволовых клеток, что и нервные клетки. Они тоже поддерживают рост миелиновых оболочек. Третий вид глиальных клеток, астроциты, возникает из того же семейства стволовых клеток, что и нейроны; они влияют на рост нейронов и синапсов.

Однако существует и четвертый вид глиальных клеток, к которому ученые почти не испытывали интереса в контексте нормальной мозговой функции: это микроглия.

– Люди просто не думали, что микроглиальные клетки имеют какое-то большое значение в здоровом развитии мозга, – объясняет Бет, оглядываясь в прошлое. Одним из разочарований Бет при попытках выращивать миелин в лаборатории стало то обстоятельство, что часто в чашках Петри он «загрязнялся» микроглиальными клетками.

– Микроглия портила мои эксперименты, – говорит она, иронично улыбаясь. – Эти клетки попадали в мои культуры или на предметные стекла биологических препаратов, когда я собиралась изучать под микроскопом другие клетки. Я стонала про себя: «О, нет, опять эта несносная мелкая микроглия!»

Бет Стивенс была не одинока в своем презрительном отношении к крошечным клеткам. В то время, когда финансирование исследований клеток мозга находилось на подъеме, микроглия оставалась единственным видом мозговых клеток, не входившим в круг интересов у неврологов. Когда ученые вообще говорили о микроглии, то обычно проклинали ее.

Все, что ученые тогда знали о них, можно было описать двумя словами. Эти клетки были крошечными (отсюда и приставка «микро» в названии), и они были неинтересными [20] . Судя по всему, микроглиальные клетки выполняли только одну функцию. Если нейрон умирал, они уносили его. Они также избавлялись от клеток, естественным образом отмиравших при старении. По сути, они были скромными мусорщиками и могильщиками. Роботами-домохозяйками, не более того.

И все-таки, Стивенс была поражена тем обстоятельством, что эти «досадные» маленькие клетки составляют значительную часть «населения» мозга: около одной десятой части от всех мозговых клеток. Несмотря на их количество, лишь немногие ученые обращали на них внимание или следили за их деятельностью, поэтому никто не подозревал об истинных способностях этих миниатюрных клеток.

20

Микроглия впервые получила название и была описана в начале XX века Пио дель Рио-Ортегой, учеником знаменитого Сантьяго Рамон-и-Кахаля, который считался первым неврологом в мире. Когда Ортега впервые обратил внимание на эти клетки, он назвал их микроглией и объединил с тремя другими видами глии. Позже в XX веке ученые пристальнее изучили микроглию и ее роль при травме мозга и инфекциях, непосредственно затрагивающих мозговые ткани, таких как менингит. Доктор Маргарет М. Маккарти, исследовательница и профессор неврологии в медицинском колледже Мэрилендского университета, писала об этом следующим образом: «Микроглиальные клетки рассматривались только в контексте травмы или выполнения обычных уборочных работ, а в остальном считались «латентными». Они оставались инертными и не делали ничего, если не случалась травма». Никто не думал о микроглии в связи с функционированием здорового мозга или нормальным его развитием. (Прим. авт.)

– Это была неразгаданная тайна неврологии, – говорит она.

Бет Стивенс отметила про себя свои наблюдения и отложила их в долгий ящик.

Между тем она по-прежнему собиралась поступить в медицинский университет. Однажды, когда Филдс увидел, как она готовится к вступительным тестам, он сказал, что если она будет учиться в университете, ему придется найти кого-то другого на ее место.

– В тот момент я поняла, что не хочу никому отдавать мою работу, – говорит она. – Меня больше увлекала идея изучать жизнь под микроскопом в лаборатории, чем обследовать пациентов в клинике.

Более того, Бет Стивенс считала, что их работа когда-нибудь приведет «к новому пониманию развития болезней», которое с большой вероятностью поможет «предотвращать или лечить новые заболевания у пациентов». Она отозвала свои документы на поступление в медицинский университет и стала заведующей лабораторией у Филдса. С его помощью в 1994 году она начала работу над своей кандидатской диссертацией по неврологии в Мэрилендском университете.

Иногда за проведением экспериментов, управлением лабораторией и работой над кандидатской диссертацией Бет настолько забывала о времени, что «устраивала маленькую постель из одежды и спала на полу под столом для совещаний. Зато с утра можно было сразу проверить, как продвигаются мои эксперименты».

В 2003 году, почти через десять лет после поступления в лабораторию Филдса, Бет Стивенс защитила кандидатскую диссертацию по неврологии.

Маскировка под домохозяйку

В 2004 году Бет Стивенс пригласили продолжить ее научные исследования в лаборатории другого известного нейробиолога, – доктора Бена Барреса из Стэнфорда. Он считался ведущим мировым специалистом в исследовании глиальных клеток. Тогда он занимался в основном астроцитами и их воздействием на нейроны. Однако с недавних пор он тоже интересовался вопросом о реальных функциях микроглии в головном мозге. Его интересы вполне совпадали с интересами Бет. Кроме того, в профессиональном отношении для нее пришло время двигаться дальше; по выражению одного ученого, оставаться на том же месте после защиты кандидатской диссертации было равнозначно «карьерному самоубийству». Поэтому Бет и Роб, теперь уже супруги, собрали свои вещи и переехали на другой конец страны в Пало-Альто, штат Калифорния.

Примерно в то время исследователи разработали новый мощный метод наблюдения за мозгом и получения движущихся изображений в высоком разрешении. Он позволял увеличивать вид даже самых крошечных клеток до огромных визуальных проекций. Один исследователь выступил в лаборатории Барреса с докладом и продемонстрировал серию методов, которые дают гораздо лучший обзор клеток мозга. До этого момента Бет Стивенс не видела ничего подобного [21] .

– Эти нейровизуальные исследования впервые показали микроглию в действии, – вспоминает Бет. – Мы вдруг смогли увидеть ее внутри мозга; у нас появился новый визуальный инструмент, позволявший вести наблюдение за ней.

21

Доктор Аксель Ниммерьян, который представил эту работу (Доктор Аксель Ниммерьян, который представил эту работу. – A. Nimmerjahn, F. Kirchhoff, and F. Helmchen, «Resting Microglial Cells Are Highly Dynamic Surveillants of Brain Parenchyma in Vivo», Science 308, no. 5726 (May 27, 2005), 1314–18.), также работал под руководством Барреса. Ниммерьян был одним из первых ученых, запечатлевших микроглию в мозге живой мыши. По словам Барреса, это было «поворотным пунктом» в исследовании микроглии. (Прим. авт.)

Стивенс встает из-за стола, за которым мы беседуем, и подходит к компьютеру, чтобы показать на экране первую видеосъемку микроглии. Она наклоняется к монитору и указывает карандашом на клетки микроглии, танцующие внутри мозга. То, что я вижу, напоминает фотографии Млечного Пути, но как будто все звезды стали зелеными и кружатся большими скоплениями на фоне черного неба.

– Я была потрясена, когда впервые увидела это, – говорит Бет [22] . – Я наблюдала, как эти ярко-зеленые микроглиальные клетки перемещаются в мозге. Они были чрезвычайно активными. И если мозг испытывал шок, вроде травмы от удара, микроглия протягивала свои длинные щупальца прямо к этому месту. Я думала: «Ого, что же делают эти маленькие клетки? Они так подвижны! Они повсюду! Никакие другие клетки мозга так себя не ведут. Почему же мы так долго не обращали внимания на них?»

22

Хотя на изображениях невооруженному глазу видится, что сами микроглиальные клетки кружатся и перемещаются внутри мозга, в строгом научном понимании это означало наблюдение за микроглиальными «процессами». Проще говоря, это значит, что сами по себе микроглиальные клетки не особенно подвижны. Скорее, они распределяются по мозгу таким образом, что могут постоянно следить за самыми крошечными его частями. Когда щупальца микроглии тянутся к нейронам, они проверяют их состояние только в одном конкретном месте, а их тончайшие удлинения вытягиваются и втягиваются обратно с большой скоростью. Это сходно с передачей нейронных импульсов через синапсы, притом что сами нейроны не двигаются. (Прим. авт.)

Общее происхождение

Между тем другие ученые тоже стали проявлять больший интерес к микроглии.

Исследователи из школы медицины Маунт-Синай в Нью-Йорке задавались вопросом: «Когда микроглия впервые появляется при развитии эмбриона?» Как выяснилось, очень рано. Она возникает из того же семейства стволовых клеток, из которых формируются белые кровяные клетки иммунной системы и лимфа. Однако вместо того, чтобы оставаться в теле, как они [23] , на девятый день после зачатия микроглия поднимается вверх по кровотоку и проникает в мозг эмбриона, где и остается на протяжении всей жизни человека.

23

Но вместо того, чтобы оставаться в теле, как они… – F. Ginhoux, M. Greter, M. Leboeuf, et al., «Fate Mapping Analysis Reveals That Adult Microglia Derive from Primitive Macrophages», Science 330, no. 6005 (November 2010), 841–45. В своей недавней книге Владимир Малетич и Чарльз Рейсон рассказывают о том, что микроглия возникает на самом раннем этапе развития нервной системы, до формирования других глиальных клеток: «Фактически предшественники микроглии мигрируют из желточного мешка и присоединяются к развитию невральной трубки еще до появления клеток-предшественников астроцитов и олигодендроцитов… Раннее партнерство между нейронами и микроглией свидетельствует о ее ключевой роли в развитии мозга» См.: Vladimir Maletic and Charles Raison, The New Mind-Body Science of Depression (New York: W. W. Norton, 2017), 263.