Дефицит олигодендроцитов в префронтальной коре при эндогенных психозах (возрастной аспект)

Размещено на http://allbest.ru

ФГБУ «Научный центр психического здоровья» РАМН

Дефицит олигодендроцитов в префронтальной коре при эндогенных психозах (возрастной аспект)

Востриков В.М. Востриков Виктор Михайлович, д-р мед. наук, лаб. клинической нейроморфологии, Орловская Д.Д., Уранова Н.А.

Москва

Аннотация

Постнатальное развитие коры головного мозга сопровождается увеличением числа олигодендроцитов. Ранее авторами статьи было выявлено снижение численной плотности олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах. Для дальнейшего выяснения роли олигодендроцитов в патогенезе шизофрении и аффективных расстройств изучали влияние возраста на численность олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении, биполярном аффективном расстройстве (БАР) и монополярной депрессии (МД).

Зависимость численной плотности (Nv) олигодендроцитов в слое 6 и подлежащем белом веществе в полях 9 и 10 обнаружена в контрольных случаях и не выявлена при шизофрении, БАР и МД. Показано увеличение Nv перикапиллярных олигодендроцитов в слое 5 в контроле и не обнаружено при шизофрении. Отсутствие возрастного увеличения числа олигодендроцитов в сером и белом веществе префронтальной коры при шизофрении и аффективных расстройствах свидетельствует о нарушении процессов пролиферации и созревания олигодендроцитов.

Ключевые слова: олигодендроциты, префронтальная кора, аффективные расстройства, влияние возраста.

Abstract

Deficit of oligodendrocytes in prefrontal cortex in endogenous psychoses (age aspect)

Vostrikov V. M., Orlovskaya D. D., Uranova N. A. «Mental Health Scientific Center» RAMSci. Moscow

Postnatal brain cortex developmental is accompanied by oligodendrocytes number increase. Previously, authors of the article have revealed decrease of quantitative density of oligodendrocytes in prefrontal cortex in schizophrenia and affective disorders. For further clarification of role of oligodendrocytes in pathogenesis of schizophrenia and affective disorders, influence of age on number of oligodendrocytes in prefrontal cortex in schizophrenia, bipolar affective disorders (BAD) and unipolar depression (UD) was studied. Dependence of quantitative density (Nv) of oligodendrocytes in layer 6 and underlying white substance in fields 9 and 10 has been detected in control cases and has not been revealed in schizophrenia, BAD and UD. Increase of Nv of pericapillary oligodendrocytes in layer 5 in control has been shown but not detected in schizophrenia Absence of age increase of number of oligodendrocytes in grey and white substance of prefrontal cortex in schizophrenia and affective disorders testifies to disturbance of processes of proliferation and maturation of oligodendrocytes. Key words: oligodendrocytes, prefrontal cortex, affective disorders, influence of age.

Введение

Анатомические и функциональные нарушения межнейрональных связей и, как следствие, нарушение передачи сигналов между различными областями мозга при шизофрении и аффективных расстройствах рассматриваются в настоящее время как центральное звено в патогенезе шизофрении (гипотеза «нарушенных связей»). В последнее время появились свидетельства, что нейробиологическим субстратом этих изменений могут быть нарушенные процессы миелинизации и связанные с ними процессы пролиферации и созревания олигодендроцитов [1, 2].

О важной роли олигодендроцитов в патогенезе шизофрении и аффективных расстройств свидетельствуют морфологические исследования [3, 4] и исследования экспрессии генов [5, 6] в аутопсийном мозге. О наличии выраженной патологии олигодендроцитов в сером веществе коры и подлежащем белом веществе при шизофрении и аффективных расстройствах свидетельствуют многочисленные исследования, выполненные с использованием методов прижизненной нейровизуализации - главным образом, методом диффузионно-тензорной томографии [7].

Первые прямые доказательства дефицита олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах были получены в нашей лаборатории [8, 9]. На коллекции мозга НИИ Стенли (США) показано снижение Nv олигодендроцитов в слое 6 поля 9 при шизофрении, БАР и МД. На коллекции мозга НЦПЗ РАМН выявлено снижение Nv олигодендроцитов в слое 6 и подлежащем белом веществе поля 10 при шизофрении.

Нами представлены доказательства снижения Nv перикапиллярных олигодендроцитов в слое 5 поля 10 при шизофрении [10]. Наряду с этим, исследования, выполненные морфологическими и нейровизуализационными методами, показали, что процессы миелинизации в коре головного мозга в норме продолжаются до 40 лет [11], но при шизофрении и аффективных расстройствах эти процессы нарушены [12].

Для выяснения роли олигодендроцитов в патогенезе шизофрении исследовали влияние возраста на количество олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах на двух коллекциях аутопсийного мозга, в которых ранее нами был обнаружен дефицит олигодендроцитов.

Материал и методы

Проведено морфологическое изучение префронтальной коры головного мозга от больных шизофренией и аффективными расстройствами (БАР и МД) в сравнении с контролем (лицами без психической патологии) на двух коллекциях аутопсийного мозга - коллекции лаборатории клинической нейроморфологии НЦПЗ РАМН и коллекции медицинского НИИ Стенли (США). пролиферация кора мозг шизофрения депрессия

Коллекция аутопсийного мозга лаборатории клинической нейроморфологии НЦПЗ РАМН состоит из 32 случаев шизофрении и 32 случаев без психической патологии (контроль). Диагноз психического заболевания формулировался по критериям МКБ-10. Демографические и клинические характеристики основной и контрольной групп представлены в таблице 1.

Таблица 1

Демографические и клинические характе-ристики случаев (коллекция лаборатории клинической нейроморфологии НЦПЗ РАМН)

Примечание. М - мужчины, Ж - женщины, д - среднеквадратическое отклонение.

Для исследования брали левое полушарие головного мозга. После аутопсии из него вырезали тканевые блоки толщиной 1 см, содержащие поле 10 префронтальной коры с подлежащим белым веществом, фиксировали в 4 % растворе параформальдегида и заливали в парафин.

Парафиновые блоки кодировали для проведения слепого исследования. Из каждого блока изготовляли непрерывную ленту срезов, состоящую из 30 парафиновых срезов толщиной 20 мкм. Из лент методом систематического случайного отбора [13] отбирали 10 срезов и монтировали их на предметные стекла. Отобранные срезы окрашивали лаксолевым синим и крезиловым фиолетовым.

Коллекция медицинского НИИ Стенли (США) состоит из 60 случаев (15 случаев контроля, 15 - шизофрении, 15 - БАР и 15 - МД). Диагноз психических заболеваний формулировался на основании критериев DSM-IV. Образцы аутопсийного мозга для каждого случая были в виде отобранной по методу систематического случайного отбора серии из 11 неокрашенных 10 мкм парафиновых срезов, содержащих поле 9 префронтальной коры. Полученные срезы окрашивали лаксолевым синим и крезиловым фиолетовым.

Демографические и клинические характеристики основной и психиатрических групп показаны в таблице 2.

Срезы исследовали в световом микроскопе Reichert Polyvar (Австрия) с объективом 100х (N. A.=1,40). Микроскоп был соединен с компьютером при помощи цифровой видеокамеры. Обработку полученного изображения проводили на экране видеомонитора при помощи программы Image Expert (FEI Company). Поля 9 и 10 префронтальной коры и их слои идентифицировали по цитоархитектоническим критериям, описанным С. А. Саркисовым и др. [14].

Олигодендроциты идентифицировали по их маленькому округлому или овальному ядру (5--7 мкм в диаметре) с компактным хроматином и по узкому ободку светлой цитоплазмы.

Nv олигодендроцитов в единице объема ткани определяли методом оптического диссектора [9] и вычисляли по формуле: Nv=Q/V (дисс), где Q - среднее число клеток на диссектор и V (дисс) - объем диссектора. Объем диссектора V=А*h, где А - площадь тестовой рамки, h - толщина оптического диссектора. В работе использовали тестовую рамку размером 0,05*0,065=0,00325 мм². Толщина 1 оптического среза составляла 0,75 мкм. Всего получали 9 оптических срезов на диссектор.

Таблица 2

Демографические и клинические характеристики случаев (коллекция медицинского НИИ Стенли)

Примечание. БАР - биполярное аффективное расстройство, МД - монополярная депрессия, М - мужчины, Ж - женщины, П - правое полушарие, Л - левое полушарие, д - среднеквадратическое отклонение.

Таким образом, его толщина была 6,75 мкм, а толщина срезов выше и ниже диссектора, в которых подсчет клеток не проводился, была 0,5 мкм. Олигодендроциты подсчитывали в 10 оптических диссекторах на 1 срезе.

Таким образом, подсчет проведен в 100 диссекторах для слоя 6 и в 100 диссекторах для подлежащего белого вещества для каждого случая. Для коллекции лаборатории клинической нейроморфологии НЦПЗ РАМН число подсчитанных диссекторов в каждой группе составило 32000+32000=64000.

Общее число подсчитанных диссекторов равно 128000. Для коллекции медицинского НИИ Стенли число подсчитанных диссекторов в каждой группе составило 15000+15000=30000. Общее число подсчитанных диссекторов равно 120000. Nv олигодендроглиоцитов выражали как число клеток в 0,001 мм³.

Измерение численной плотности перикапиллярных олигодендроцитов проводили при помощи светового микроскопа Reichert Polyvar (Австрия) с объективом 25/0,45.

В каждом срезе в слое 5 отбирали 10 прямолинейных сегментов капилляров методом систематического случайного отбора. Таким способом из каждого случая было отобрано 100 прямолинейных сегментов капилляров, итого 3200 сегментов на диагностическую группу. Общее число отобранных сегментов капилляров составило 6400. Измеряли длину каждого сегмента и подсчитывали число олигодендроцитов вдоль сегмента. Численную плотность перикапиллярных олигодендроцитов выражали как число клеток на 0,01 мм длины капилляра.

Статистический анализ проводили с использованием пакета прикладных программ STATISTICA 6.0.

Поскольку значения исследуемых показателей в каждой из групп имели нормальное распределение и равные дисперсии, применяли параметрические методы. Для выявления вида зависимости числа олигодендроцитов от возраста и доз нейролептиков проводили линейный регрессионный анализ.

Результаты

Поле 9. В контрольных случаях однофакторный регрессионный анализ показал статистически значимую зависимость Nv олигодендроцитов от возраста в слое 6 поля 9 (F=10,5, df=1,13, р=0,007) и в подлежащем белом веществе (F=5,48, df=1,13, р=0,03). При шизофрении, БАР и МД такая зависимость отсутствовала (все р>0,05) (рис. 1).

Рис. 1. Регрессионный анализ зависимости Nv олигодендроцитов от возраста в слое 6 (А) и подлежащем белом веществе (Б) поля 9

Двухфакторный регрессионный анализ не выявил влияния нейролептиков на зависимость Nv олигодендроцитов от возраста в слое 6 (F=2,17, df=2,12, р=0,15) и подлежащем белом веществе (F=0,06, df=2,12, р=0,9) поля 9 при шизофрении. При БАР в поле 9 не обнаружено влияние нейролептиков на зависимость Nv олигодендроцитов от возраста в слое 6 (F=0,96, df=2,12, р=0,4) и подлежащем белом веществе (F=2,16, df=2,12, р=0,15).

Поле 10. В контрольных случаях однофакторный регрессионный анализ показал статистически значимую зависимость Nv олигодендроцитов от возраста в слое 6 поля 10 (F=6,55, df=1,30, р=0,015) и в подлежащем белом веществе (F=20,44, df=1,30, р<001). Однако при шизофрении такая зависимость отсуствовала (F=0,02, df=1,30, р=0,9 и F=0,90, df=1,30, р=0,34) (рис. 2).

Рис. 2. Регрессионный анализ зависимости Nv олигодендроцитов от возраста в слое 6 (А) и подлежащем белом веществе (Б) поля 10

Рис. 3. Регрессионный анализ зависимости числа перикапиллярных олигодендроцитов от возраста в слое 5 поля 10

Двухфакторный регрессионный анализ не выявил влияния нейролептиков на зависимость Nv олигодендроцитов от возраста в слое 6 (F=0,20, df=2,10, p=0,8) и подлежащем белом веществе (F=0,49, df=2,10, p=0,6) поля 10 при шизофрении.

Перикапиллярные олигодендроциты. В контрольных случаях однофакторный регрессионный анализ показал статистически значимую зависимость численной плотности перикапиллярных олигодендроцитов от возраста в слое 5 поля 10 (F=8,58, df=1,30, р=0,006). Однако при шизофрении такая зависимость не была выявлена (F=2,78, df=1,30, р=0,1) (рис. 3).

Двухфакторный регрессионный анализ не выявил влияния нейролептиков на численность перикапиллярных олигодендроцитов (F=0,49, df=2,10, р=0,6) в слое 5 поля 10 при шизофрении.

Обсуждение

Установлено, что число олигодендроцитов в префронтальной коре в норме растет с возрастом. Статистически значимая зависимость Nv олигодендроцитов от возраста выявлена в слое 6 и в подлежащем белом веществе поля 9 и поля 10. Однако при шизофрении, БАР и МД такая зависимость отсутствовала. Статистически значимая зависимость численности перикапиллярных олигодендроцитов от возраста также выявлена в слое 5 поля 10 в норме. При шизофрении такой зависимости выявлено не было. Таким образом, существующее в норме возрастное увеличение Nv олигодендроцитов нарушено при шизофрении и аффективных расстройствах.

Полученные результаты согласуются с тем, что пролиферация предшественников олигодендроцитов, последующие дифференцировка и созревание, процесс миелинизации в коре головного мозга у человека в норме продолжаются до 40 лет [11, 15]. Эти же временные особенности процессов миелинизации подтверждены в исследованиях на животных. Установлено, что в коре головного мозга высших обезьян и крыс число олигодендроцитов существенно увеличивается с возрастом [16, 17]. Исследования головного мозга человека современными методами нейровизуализации (диффузионная тензорная томография) и изучение его после аутопсии гистологическими методами также показали, что в норме процесс миелинизации в головном мозге начинается после рождения и продолжается вплоть до 45 лет [12].

При шизофрении и аффективных расстройствах процессы миелинизации, характеризующиеся пролиферацией и дифференцировкой олигодендроцитов в головном мозге, существенно нарушены.

Выявленное нами снижение Nv олигодендроцитов в подлежащем белом веществе при этих заболеваниях согласуется с данными о нарушениях в белом веществе и миелинизированных нервных трактах, осуществляющих связь между лобными и височными долями. Снижение фракциональной анизотропии обнаружено в cingulum, дугообразных и крючковатых пучках белого вещества [18, 19] при шизофрении. Снижение фракциональной анизотропии выявлено также в белом веществе префронтальной коры при БАР [20, 21] и МД [22].

Следует отметить работы, в которых исследована взаимосвязь микроструктурных изменений в белом веществе и миелинизированных трактах с клиническими симптомами и показателями функциональных тестов у больных.

В них показано, что снижение фракциональной анизотропии в белом веществе префронтальной коры положительно коррелирует с выраженностью негативной симптоматики [23], а снижение фракциональной анизотропии в ассоциативных пучках, связывающих лобные и височные доли, положительно коррелирует с нарушениями исполнительских функций [24].

При исследовании аутопсийного мозга больных эндогенными заболеваниями принимали во внимание возможное влияние длительного приема нейролептиков на численность олигодендроцитов, поскольку некоторые исследователи [25, 26] полагают, что длительный прием нейролептитиков оказывает повреждающее воздействие на олигодендроциты.

Другие исследователи, наоборот, считают, что нейролептики оказывают защитное влияние на олигодендроциты [27]. Однако мы не обнаружили воздействия нейролептической терапии на Nv олигодендроцитов ни при шизофрении, ни при БАР.

Таким образом, настоящее исследование свидетельствует о том, что нейролептики не влияют на Nv олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении и БАР. Этот вывод подтверждается также фактом выраженного дефицита олигодендроцитов в группе больных МД, которые не принимали нейролептики.

Кроме того, в экспериментах на обезьянах показано, что длительное введение нейролептиков (галоперидола и оланзапина) не влияет на Nv олигодендроцитов в коре головного мозга [28].

Все сказанное выше позволяет нам сделать заключение о том, что выявленный дефицит олигодендроцитов при шизофрении и аффективных расстройствах не зависит от лечения нейролептиками, а является признаком, характерным для этих заболеваний.

Проведенный анализ позволил конкретизировать существующие представления о причинах нарушения процессов миелинизации в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах. Мы считаем, что структурной основой этих нарушений является снижение числа олигодендроцитов в сером и белом веществе коры. Сходство выявленных изменений олигодендроцитов при эндогенных психических заболеваниях предполагает наличие общих патогенетических механизмов, лежащих в основе снижения численности этих клеток.

Однако причины дефицита олигодендроцитов при эндогенных психозах остаются, к сожалению, неизученными. Недавние исследования свидетельствуют о снижении пролиферативной способности стволовых NG2 клеток [29] и о нарушении процессов созревания олигодендроцитов [5, 6] и процессов миелинизации [2, 8] в головном мозге при эндогенных психозах.

Исследователи [30, 31] предположили, что дефицит олигодендроцитов может быть связан с нарушением генов, регулирующих клеточный цикл. Кроме того, имеются данные о том, что созревающие олигодендроциты особенно чувствительны к повреждающему влиянию эпигенетических факторов [32], таких как оксидативный стресс [33] и глутаматная токсичность [34].

Таким образом, на основании результатов настоящей работы и данных литературы сделано предположение, что нарушение процессов пролиферации и созревания олигодендроцитов в головном мозге при эндогенных психозах является морфологической основой нарушения связей между областями коры.

Литература

1. Haroutunian V., Davis K. L. Introduction to the special section: Myelin and oligodendrocyte abnormalities in schizophrenia // Int. J. Neuropsychopharm. - 2007. - V. 10, № 4. - P. 499--502.

2. Davis K. L. et al. White matter changes in schizophrenia evidence for myelin-related dysfunction // Arch. Gen. Psychiatry. - 2003. - V. 60, № 5. - P. 443--456.

3. Flynn S. W. et al. Abnormalities of myelination in schizophrenia detected in vivo with MRI, and post-mortem with analysis of oligodendrocyte proteins // Mol. Psychiatry. - 2003. - V. 8, № 9. - P. 811--820.

4. Dracheva S. et al. Myelin-associated mRNA and protein expression deficits in the anterior cingulate cortex and hippocampus in elderly schizophrenia patients // Neurobiol. Disease. - 2006. - V. 21, № 3. - P. 531--540.

5. Hakak Y. et al. Genome-wide expression analysis reveals dysregulation of myelination-related genes in chronic schizophrenia // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 2001. - V. 98, № 8. - P. 4746--4751.

6. Bahn S. Gene expression in bipolar disorder and schizophrenia: new approaches to old problems // Bipolar. Disord. - 2002. - V. 4, № 1. - P. 70--72.

7. Bartzokis G. et al. Dysregulated brain development in adult men with schizophrenia: a magnetic resonance imaging study // Biol. Psychiatry. - 2003. - V. 53, № 5. - P. 412--421.

8. Uranova N. et al. Electron microscopy of oligodendroglia in severe mental illness // Brain. Res. Bull. - 2001. - V. 55, № 5. - P. 597--610.

9. Uranova N. A. et al. Oligodendroglial density in the prefrontal cortex in schizophrenia and mood disorders: a study from the Stanley Neuropathology Consortium // Schizophr. Res. - 2004. - V. 67, № 2--3. - P. 269--275.

10. Vostrikov V. et al. Deficit of pericapillary oligodendrocytes in the prefrontal cortex in schizophrenia // World J. Biol. Psychiatry. - 2008. - V. 9, № 1. - P. 34--42.

11. Yakovlev P. I., Lecours A. R. The myelogenetic cycles of regional maturation of the brain / A. Minkowski editor // Regional Development of the Brain in Early Life. - Oxford : Blackwell Scientific, 1967. - P. 3--70.

12. Bartzokis G. et al. Dysregulated brain development in adult men with schizophrenia: a magnetic resonance imaging study // Biol. Psychiatry. - 2003. - V. 53, № 5. - P. 412--421.

13. Gundersen H. J., Jensen E. B. The efficiency of systematic sampling in stereology and its prediction // J. Microscopy. - 1987. - V. 147, № 3.

14. Sarkisov S. A. et al. Cytoarchitecture of the human cortex. - Moscow, 1949.

15. Jernigan T. L., Fennema-Notestine C. White matter mapping is needed // Neurobiol. Aging. - 2004. - V. 25, № 1. - P. 37--39.

16. Sandell J. H., Peters A. Effects of age on the glial cells in the rhesus monkey optic nerve // J. Comp. Neurology. - 2002. - V. 445, № 1. - P. 13--28.

17. Peters A., Sethares C. Oligodendrocytes, their progenitors and other neuroglial cells in the aging primate cerebral cortex // Cereb. Cortex. - 2004. - V. 14, № 9. - P. 995--1007.

18. Foong J. et al. Neuropathological abnormalities in schizophrenia: evidence from magnetization transfer imaging // Brain. - 2001. - V. 124, № 5. - P. 882--892.

19. Kubicki M. et al. Cingulate fasciculus integrity disruption in schizophrenia: a magnetic resonance diffusion tensor imaging study // Biol. Psychiatry. - 2003. - V. 54, № 11. - P. 1171--1180.

20. Adler C. M. et al. Evidence of white matter pathology in bipolar disorder adolescents experiencing their first episode of mania: a diffusion tensor imaging study // Am. J. Psychiatry. - 2006. - V. 163, № 2. - P. 322--324.

21. Beyer J. L. et al. Cortical white matter microstructural abnormalities in bipolar disorder // Neuropsychopharmacology. - 2005. - V. 30, № 12. - P. 2225--2229.

22. Alexopoulos G. S. et al. Frontal white matter microstructure and treatment response of late-life depression: A preliminary study // Am. J. Psychiatry. - 2002. - V. 159. - P. 1929--1932.

23. Shin Y. W. et al. Increased water diffusivity in the frontal and temporal cortices of schizophrenic patients // Neuroimage. - 2006. - V. 30, № 4. - P. 1285--1291.

24. Schlosser R. G. et al. White matter abnormalities and brain activation in schizophrenia: A combined DTI and fMRI study // Schizophr. Res. - 2007. - V. 89. - P. 1--3, 1--11.

25. Ho B.-C. et al. Long-term antipsychotic treatment and brain volumes: a longitudinal study of first-episode schizophrenia // Arch. Gen. Psychiatry. - 2011. - V. 68, № 2. - P. 128--137.

26. Moncrieff J., Leo J. A systematic review of the effects of antipsychotic drugs on brain volume // Psycholog. Med. - 2010. - P. 1--14.

27. Gritti A. et al. Effects of developmental age, brain region, and time in culture on long-term proliferation and multipotency of neural stem cell populations // J. Comp. Neurolog. - 2009. - V. 517, № 3. - P. 333--349.

28. Konopaske G. T. et al. Effect of chronic antipsychotic exposure on astrocyte and oligodendrocyte numbers in macaque monkeys // Biol. Psychiatry. - 2008. - V. 63, № 8. - P. 759--765.

29. Reif A. et al. Neural stem cell proliferation is decreased in schizophrenia, but not in depression // Mol. Psychiatry. - 2006. - V. 11, № 5. - P. 514--522.

30. Kern R. S. et al. The MCCB impairment profile for schizophrenia outpatients: results from the MATRICS psychometric and standardization study // Schizophr. Res. - 2011. - V. 126, № 1--3. - P. 124--131.

31. Katsel P. et al. Abnormal indices of cell cycle activity in schizophrenia and their potential association with oligodendrocytes // Neuropsychopharmacology. - 2008. - V. 33. - P. 2993--3009.

32. Copray S. et al. Epigenetic mechanisms facilitating oligodendrocyte development, maturation, and aging // Glia. - 2009. - V. 57, № 15. - P. 1579--1587.

33. Mahadik S. P., Scheffer R. E. Oxidative injury and potential use of antioxidants in schizophrenia. Prostaglan. Leukotr. Essent // Fatty Acids. - 1996. - V. 55, № 1--2. - P. 45--54.

34. Matute C. Interaction between glutamate signalling and immune attack in damaging oligodendrocytes // Neuron Glia Biology. - 2007. - № 3--4. - P. 281--285.

Размещено на Allbest.ru