Известно, что мозг плода адаптирован к условиям гипоксии, присутствующим при нормальном внутриутробном развитии. Воздействие, интенсивность которого выходит за рамки нормы, вызывает гипоксически-ишемическое поражение [1].
Эпигенетические модификаторы, регулирующие метилирование ДНК и ремоделирование гистонов, имеют решающее значение для нормального развития мозга [2]. Соответственно, они сами регулируются стимулами окружающей среды, такими как гипоксия, либо приводя к прямому повреждению мозга, либо формируя «мозговой фенотип, чувствительный к перинатальному поражению ЦНС» [3].
Кроме того, эпигенетический эффект гипоксического воздействия на ранних этапах онтогенеза может вызывать риски «избыточного веса и ожирения, диабета и сердечно-сосудистых заболеваний в последующей жизни» [4].
Эпигенетические модификаторы, продолжая свое воздействие, не только способствуют формированию картины острой фазы гипоксически-ишемического поражения мозга, но и определяют будущие расстройства нейроонтогенеза.
Q. Meng и соавт. в эксперименте показали, что культуры микроглии с блокированной гистон-деацетилазой (то есть блокированной возможностью модификации гистонов) оказывают защитное действие на олигодендроциты, причем одна фракция микроглии (М1) подавляет активность олигодендроцитов после экспериментальной гипоксии-ишемии, а другая (М2) ее усиливает, и переход микроглии в субпопуляцию М2 позволяет снижать экспрессию провоспалительных факторов и повышать экспрессию противовоспалительных цитокинов [5].
Баланс метилирования и деметилирования гистонов определяет доступность хроматина (генома). Метилирование и деметилирование осуществляются большим количеством ферментов, включая гистонацетилтрансферазы (HAT), деацетилаты (HDAC), гистоновые метилтрансферазы и деметилазы. Каждый из этих белков регулирует гистоновый код посредством ассоциации с активаторами или репрессорами транскрипции [6, 7]. Данные процессы позволяют регулировать транскрипцию в ответ на стимулы развития и окружающей среды.
Так, экспериментальным путем установлено влияние ингибитора деацетилаз гистонов трихостатина А на усиление экспрессии глюкокортикоидных рецепторов при экспериментальной гипобарической гипоксии в структурах переднего мозга [8].
Кроме того, паттерны доступности хроматина изменяются в процессе развития, причем в нейронах и глии по-разному [9].
В частности, во время раннего развития клеток происходит всплеск повышенной доступности хроматина, видимо, за счет деметилирования в эмбриональных стволовых клетках. По мере созревания клеток менее доступными становятся локусы с генами, участвующими в процессах нейрональной дифференцировки или пролиферации, и более доступными — участки ДНК с регуляторами синаптической активности, то есть в процессе роста и развития клетки «эстафета активности» генома переходит от обеспечения самого роста и развития к исполняемым клеткой функциям [9].
Играют свою модулирующую роль эпигенетические механизмы и в регулировании нейровоспаления. В условиях эксперимента зафиксированы стойкое повышение степени метилирования генов, связанных с развитием нервной системы, и снижение степени метилирования генов, связанных с формированием воспалительной реакции в нервной ткани. Поскольку метилирование есть механизм ограничения активности генома, мы можем вполне обоснованно говорить о том, что в условиях процесса воспаления доступность к «геному развития» ограничивается [10]. Этот феномен можно рассматривать как один из механизмов дизонтогенеза после перенесенного патологического воздействия, к примеру гипоксии-ишемии или внутриутробной нейроинфекции.
На неонатальных моделях животных показано, что при экспериментальной гипоксии-ишемии в неонатальном периоде возрастает экспрессия каспазы 3, снижается экспрессия синаптина и уменьшается содержание меток метилирования гистонов H3K4me2, -me3 и H3K27me2, -me3, в результате чего увеличиваются объемы индуцированных каспазой 3 некрозов нейронов в ипсилатеральном гиппокампе [11].
L. Provenzi и соавт. рассматривают преждевременные роды и пребывание в отделении интенсивной терапии как «ранний неблагоприятный опыт», определяющий многогранное стрессорное воздействие на организм ребенка, приводящее к нарушениям в дальнейшем его развитии. В качестве «носителя» эпигенетической информации они проанализировали длину теломер и показали ее зависимость от воздействия стресса на раннем этапе развития [12].
Одними из наиболее значимых факторов эпигенетического влияния считаются микроРНК. Известно, что микроРНК представляют собой класс небольших некодирующих РНК, обеспечивающих посттранскрипционную модуляцию экспрессии генов [13]. Регулируя одну треть кодируемых генов, они все чаще признаются главными регуляторами клеточных процессов.
МикроРНК играют очень важную роль в развитии мозга и патогенезе неврологических заболеваний, в том числе ишемического инсульта [14]. При этом в качестве мишени патогенетических факторов рассматривается гематоэнцефалический барьер [15].
Участие микроРНК в регулировании функции гематоэнцефалического барьера происходит во многом за счет влияния на цитоскелет эндотелиоцитов и на функциональное состояние белков клеточной адгезии. В условиях гипоксии-ишемии нарушение структуры и организации этих белков в наружной мембране эндотелиальных клеток приводит к нарушению проницаемости гематоэнцефалического барьера (показано снижение уровней белков клеточной адгезии, таких как клаудин 5, окклюдин и ZO-1) [16]. Повышенная адгезия иммунных клеток к поврежденному эндотелию дополнительно способствует их инфильтрации в окружающую ткань [17].
Недавно на экспериментальных моделях подтверждено, что деградация гематоэнцефалического барьера может вызвать раннее развитие инфаркта мозга, а ее блокирование обеспечивает защиту паренхимы [18].
Деградация так называемых белков плотных соединений, или белков клеточной адгезии, под действием металлопротеиназы (MMP) напрямую регулируется микроРНК. Например, экспрессия miR-132 была увеличена в крови пациентов, перенесших инсульт. Выявлена также повышенная экспрессия miR-539 в ткани головного мозга у крыс после перенесенной ишемии, напрямую ингибирующая экспрессию MMP-9 и защищающая эндотелиальные клетки от экспериментальной кислородно-глюкозной депривации (OGD), предотвращающая повышение проницаемости их монослоя [19].
Более того, обнаружено, что другие микроРНК непосредственно нацелены на сигнальные пути, которые регулируют экспрессию, распределение и деградацию соединительных белков (белков плотных соединений). Например, miR-150 увеличивает проницаемость гематоэнцефалического барьера, воздействуя на тирозин-киназный рецептор Tie-2 [20] и рецептор ангиопоэтина, который положительно регулирует функцию сосудистого барьера [21].
MiR-143 активируется после ишемического инсульта на моделях человека и животных, она нацелена на E3 убиквитин-протеин лигазу Hectd1 и усиливает эндотелиально-мезенхимальный переход, связывающийся с повышением проницаемости гематоэнцефалического барьера [22].
MiR-130a, уровень которой преимущественно увеличивается в эндотелиальных клетках после ишемии, снижает экспрессию белков плотных контактов за счет связывания с фактором транскрипции Гомеобокс A5 [23].
MiR-210 активирует экспрессию ФНО-α, ИЛ-1β, ИЛ-6, хемокиновые лиганды CCL1 и CCL2, которые связаны с провоспалительным ответом в мышиной модели ишемического инсульта [24].
MiR-155 сильно индуцируется цитокинами и опосредует индуцированную цитокинами гиперпроницаемость в монослое эндотелиальных клеток, тогда как ингибирование miR-155 частично предотвращает это явление.
Некоторые микроРНК могут защищать целостность гематоэнцефалического барьера за счет снижения адгезии иммунных клеток и экспрессии провоспалительных цитокинов. Например, сверхэкспрессия miR-126-3p и -5p в ишемизированном мозге мышей подавляет провоспалительные цитокины и молекулы адгезии, сохраняя целостность гематоэнцефалического барьера и улучшая исход инсульта [25].
Экспрессия MiR-146a была увеличена в ткани мозга на мышиной модели ишемического инсульта. Показано, что ингибирование этой микроРНК способствует повышению проницаемости гематоэнцефалического барьера после перенесенной ишемии. MiR-98, уровень которой значительно снижается в эндотелиоцитах после гипоксически-ишемического воздействия, уменьшает проницаемость гематоэнцефалического барьера, инфильтрацию лейкоцитов и активацию микроглии [26].
MiR-34a активируется в эндотелиальных клетках после эпизода острой гипоксии-ишемии, что отрицательно влияет на функцию митохондрий в эндотелиоцитах, воздействуя на цитохром С. При этом «нокаут» miR-34a снижает проницаемость гематоэнцефалического барьера, выраженность нарушений плотных межклеточных контактов и улучшает исходы инсульта [27, 28].
MiR-26b ингибирует аутофагию и выживание эндотелиоцитов при OGD (остром падении содержания кислорода и глюкозы), а его эндогенная губка malat1 оказывает обратное действие [29]. MiR-15a активируется в эндотелиоцитах церебрального сосудистого русла мыши после OGD и вызывает гибель клеток. Эта микроРНК негативно регулируется δ-рецептором, активируемым пролифератором пероксисом (PPAR), потенциальным нейропротектором при ишемическом инсульте [30].
Конечно, основной вклад в сохранение проницаемости гематоэнцефалического барьера вносит эндотелий. При этом нельзя не отметить участие в данном процессе перицитов. Показано, что при гипоксически-ишемическом поражении перициты отделяются и мигрируют от базальной мембраны, способствуя повышению проницаемости. Данный процесс позитивно регулируется miR-149-5p. Кроме того, эта микроРНК увеличивает экспрессию N-кадгерина и снижает миграцию клеток за счет негативной регуляции сфингозин-1-фосфатного рецептора (S1PR) 2 и его нижележащего пути NF-κB/p65 в культивируемых перицитах, подвергнутых воздействию острой OGD [31].
Аквапорин 4 (AQP-4) — активный регулятор трансмембранного потока молекул воды, который в первую очередь экспрессируется на концах астроцитов и играет важную роль в формировании отеков. Активность AQP-4 в основном связана с уменьшением отека в неонатальном мозге [32]. Документально подтверждено, что сверхэкспрессия miR-29b подавляет AQP-4 и снижает отек мозга на мышиных моделях ишемического инсульта [33]. Более того, miR-130a и miR-320 также являются репрессорами транскрипции и ингибиторами AQP-4 [34].
Уязвимость гематоэнцефалического барьера к гипоксически-ишемическому воздействию в развивающемся мозге варьирует в зависимости от стадии развития. В головном мозге недоношенных детей гематоэнцефалический барьер в зародышевом матриксе имеет относительно низкое покрытие перицитов, небольшое количество астроцитов, незрелую базальную мембрану и высокую локальную продукцию фактора роста эндотелия (VEGF), ангиопоэтина 2 (angpt2) и ММР, которые обеспечивают высокую готовность сосудистой системы недоношенных к кровотечению [35].
У доношенных детей гематоэнцефалический барьер более устойчив к развитию ишемического поражения [36], но до определенного уровня гипоксии. Тем не менее интенсивное гипоксически-ишемическое воздействие приводит к деградации гематоэнцефалического барьера и отеку головного мозга [37].
MiR-210 признана одним из важнейших регуляторов неонатальной гипоксии-ишемии [38]. Эта микроРНК активирована в крови матерей новорожденных с внутриутробной гипотрофией [39]. Сообщалось, что miR-210 проявляет широкий спектр биологической активности, распространяющийся на митохондриальный обмен и дифференцировку клеток [38]. В норме сверхэкспрессия miR-210 способствует ангиогенезу и нейрогенезу [15]. При этом острая гипоксия-ишемия приводит к усилению сверхэкспрессии miR-210 (как указывалось ранее, «за грань нормы»), что увеличивает проницаемость гематоэнцефалического барьера за счет подавления экспрессии окклюдина и β-катенина [39].
Ингибирование miR-210 оказывает обратное, нейропротекторное, а также противовоспалительное влияние в головном мозге новорожденных и взрослых [39]. Она обеспечивает защитный эффект стимуляции блуждающего нерва при ишемическом инсульте и способствует накоплению нервных клеток-предшественников вокруг ишемизированной области [40, 41]. Возможно, что для выполнения столь многообразных функций miR-210 имеет несколько мишеней в головном мозге, которые различаются на стадии повреждения и восстановления при ишемическом инсульте и перинатальном гипоксически-ишемическом поражении мозговой ткани.
Помимо miR-210, другие микроРНК, включая miR-21, miR-374a, miR-424, miR-199a и miR-20b, тоже потенциально участвуют в патогенезе перинатальных гипоксически-ишемичесчких поражений головного мозга [42, 43]. MiR-21 активирует белки плотных контактов в модели на животных [44] и оказывает нейропротективное действие при экспериментальном ишемическом инсульте [45]. Кроме того, изучалось участие в патогенезе ишемического инсульта miR-374a, miR-199a и miR-424, однако их заинтересованность в патогенезе гипоксически-ишемического поражения мозга у новорожденных еще предстоит определить.
МикроРНК miR-146a, miR-155, miR-124 и let-7f участвуют в регуляции нейровоспаления, в основном на уровне микроглиальных реакций в головном мозге новорожденных [46]. При этом miR-146a и let-7f оказывают нейропротекцию при гипоксии-ишемии [47, 48].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящее время очень интенсивно изучается влияние эпигенетических факторов на устойчивость мозга, в том числе мозга новорожденных, и на формирование гипоксии-ишемии. Влияние их разноплановое — одни запускают реакции формирования поражения мозга, другие оказывают нейропротективное действие. Исследования в данном направлении определяют будущую стратегию диагностики и лечения гипоксически-ишемических поражений головного мозга у детей и взрослых.
Поступила: 21.09.2021
Принята к публикации: 05.10.2021
