Сотрясения мозга и повторяющиеся травмы головы в таких видах спорта, как футбол и бокс, когда-то считавшиеся неприятным последствием интенсивных спортивных соревнований, теперь признаны серьезными угрозами для здоровья. Особую обеспокоенность вызывает связь между травмами головы и нейродегенеративными заболеваниями, такими как хроническая травматическая энцефалопатия, болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, что побуждает спортивные руководящие органы корректировать защитное снаряжение и правила игры, чтобы минимизировать риск.
Исследователи из Университета Тафтса и Оксфордского университета теперь обнаружили механизмы, которые могут связывать точки между травматическим событием и возникновением болезни, указывая на латентные вирусы, скрывающиеся в большинстве наших мозгов, которые могут активироваться толчком, приводя к воспалению и накоплению повреждений, которые могут возникнуть в течение последующих месяцев и лет. Результаты предполагают использование противовирусных препаратов в качестве потенциального раннего профилактического лечения после черепно-мозговой травмы. Результаты опубликованы в исследовании в Science Signaling.
Микробиом, включающий сотни видов бактерий, населяющих наши тела, обеспечивает помощь в пищеварении, развитии иммунной системы и защите от вредных патогенов. Но микробиом также включает десятки вирусов, которые роятся в наших телах в любой момент времени. Некоторые из них могут быть потенциально опасными, но просто находятся в спящем состоянии в наших клетках. Известно, что вирус простого герпеса 1 (HSV-1), обнаруженный у более чем 80% людей, и вирус ветряной оспы, обнаруженный у 95% людей, проникают в мозг и спят внутри наших нейронов и глиальных клеток.
Дэна Кейрнс, научный сотрудник кафедры биомедицинской инженерии Университета Тафтса и ведущий автор исследования, в более ранних исследованиях обнаружила доказательства того, что активация HSV-1 из состояния покоя вызывает характерные симптомы болезни Альцгеймера в лабораторных моделях мозговой ткани — амилоидные бляшки, потерю нейронов, воспаления и снижение функциональности нейронных сетей.
«В этом исследовании другой вирус — ветряная оспа — создал воспалительные состояния, которые активировали HSV-1», — говорит Кейрнс. «Мы подумали, что произойдет, если мы подвергнем модель мозговой ткани физическому разрушению, чему-то вроде сотрясения? Проснется ли HSV-1 и начнет ли процесс нейродегенерации?»
Связь между HSV-1 и болезнью Альцгеймера впервые предположила соавтор Рут Ицхаки, приглашенный профессор Оксфордского университета, которая более 30 лет назад идентифицировала вирус в большом количестве мозгов у пожилых людей. Ее последующие исследования показали, что вирус может быть реактивирован в мозге из латентного состояния такими событиями, как стресс или иммуносупрессия, что в конечном итоге приводит к повреждению нейронов. В текущем исследовании ученые использовали лабораторную модель, которая реконструирует среду мозга, чтобы лучше понять, как сотрясения могут запустить первые стадии реактивации вируса и нейродегенерации.
Модель мозговой ткани состоит из губчатого материала в форме пончика шириной 6 мм, сделанного из шелкового белка и коллагена, наполненного нервными стволовыми клетками, которые затем превращаются в зрелые нейроны, выращивая аксоны и отростки дендритов и формируя сеть. Глиальные клетки также выходят из стволовых клеток, чтобы помочь имитировать среду мозга и питать нейроны. Нейроны общаются друг с другом через свои отростки подобно тому, как они общаются в мозге. И так же, как клетки в мозге, они могут нести внутри себя ДНК спящего вируса HSV-1.
Заключив мозгоподобную ткань в цилиндр и резко тряхнув ее сверху поршнем, имитируя сотрясение мозга, Кэрнс исследовала ткань под микроскопом с течением времени. Некоторые из моделей тканей имели нейроны с HSV-1, а некоторые были без вируса. После контролируемых ударов она заметила, что инфицированные клетки показали повторную активацию вируса, а вскоре после этого — характерные маркеры болезни Альцгеймера, включая амилоидные бляшки, p-tau (белок, который создает волокнистые «клубки» в мозге), воспаление, отмирание нейронов и пролиферацию глиальных клеток, называемую глиозом.
Дополнительные удары поршнями по моделям тканей, имитирующим повторяющиеся травмы головы, привели к тем же реакциям, которые были еще более серьезными. Между тем, клетки без HSV-1 показали некоторый глиоз, но ни один из других маркеров болезни Альцгеймера.
Результаты стали весомым показателем того, что спортсмены, получающие сотрясения мозга, могут вызывать реактивацию латентных инфекций в мозге, которые могут привести к болезни Альцгеймера. Эпидемиологические исследования показали, что множественные удары по голове могут привести к удвоению или даже повышению риска нейродегенеративного заболевания в течение месяцев или лет.
«Это открывает вопрос о том, могут ли противовирусные препараты или противовоспалительные средства быть полезными в качестве раннего профилактического лечения после черепно-мозговой травмы, чтобы остановить активацию HSV-1 и снизить риск болезни Альцгеймера», — говорит Кэрнс.
Проблема выходит далеко за рамки забот спортсменов. Черепно-мозговая травма является одной из наиболее распространенных причин инвалидности и смерти взрослых, ежегодно поражая около 69 миллионов человек во всем мире, а экономические издержки оцениваются в 400 миллиардов долларов в год.
«Модель мозговой ткани выводит нас на новый уровень в исследовании этих связей между травмой, инфекцией и болезнью Альцгеймера», — сказал профессор Дэвид Каплан. «Мы можем воссоздать нормальные тканевые среды, которые выглядят как внутренняя часть мозга, отслеживать вирусы, бляшки, белки, генетическую активность, воспаление и даже измерять уровень сигналов между нейронами. Существует множество эпидемиологических данных о связях окружающей среды и других факторов с риском болезни Альцгеймера. Модель ткани поможет нам поставить эту информацию на механистическую основу и обеспечить отправную точку для тестирования новых лекарств».
