Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 267: почему при сердечных заболеваниях нарушается сон и как это связано с эпифизом
Пациенты с сердечными заболеваниями зачастую имеют низкий уровень мелатонина и нарушение цикла сна-бодрствования. До сих пор механизмы, лежащие в основе этого явления, оставались неясными. В статье, опубликованной в журнале Science, команда Мюнхенского технического университета (TUM) показывает, каким именно образом сердечные заболевания влияют на выработку гормона сна в шишковидной железе. А в качестве связующего звена между двумя органами оказывается ганглий в области шеи.
Изображения шишковидной железы человека после очистки и окрашивания на тирозингидроксилазу (TH).Credit: Karin A. Ziegler et al / Science 2023
О том, что уровень мелатонина – гормона темноты, вырабатываемого шишковидной железой или эпифизом – может снижаться у больных с заболеваниями сердечной мышцы, например, после инфаркта, известно давно. Ранее это рассматривалось как пример того, что заболевание сердца может оказывать влияние на весь организм. Команда, работающая во главе со Стефаном Энгельгардтом (Stefan Engelhardt), профессором фармакологии и токсикологии в Мюнхенском техническом университете, обнаружила, что существует прямая причина нарушений сна у людей, страдающих сердечными заболеваниями.
«В своей работе мы показываем, что проблемы с сердечной мышцей затрагивают орган, который, казалось бы, на первый взгляд не имеет к нему прямого отношения», — говорит Стефан Энгельгардт.
Мелатонин синтезируется в шишковидной железе, расположенной внутри головного мозга. Как и сердце, она управляется через вегетативную нервную систему, которая регулирует непроизвольные процессы в организме. Связанные нервы берут начало в ганглиях. Особое значение для сердца и шишковидной железы имеет верхний шейный ганглий.
«Чтобы получить более ясное представление о наших результатах, представьте ганглий в виде электрической распределительной коробки. У пациента, страдающего от нарушений сна вследствие болезни сердца, вы можете представить проблему с одним проводом, вызывающим возгорание в распределительной коробке, затем распространяющееся на другой провод», — объясняет профессор Энгельгардт.
Команда обнаружила, что макрофаги — клетки иммунитета, способные поглощать и переваривать чужеродные или вредные для организма частицы — накапливаются в шейном ганглии мышей с сердечными заболеваниями. Точные механизмы, стоящие за этим, до сих пор неизвестны. Эти макрофаги вызывают воспаление и рубцевание ганглия, а также разрушение нервных клеток. У мышей, как и у людей, длинные волокна, отходящие от этих нервных клеток, называемые аксонами, ведут к шишковидной железе. На поздних стадиях заболевания наблюдалось значительное уменьшение числа аксонов, соединяющих шишковидную железу с нервной системой. В организме животных содержалось меньше мелатонина, а также регистрировалось нарушение цикла сна-бодрствования.
Аналогичные эффекты наблюдались у людей. Команда исследовала шишковидные железы у девяти пациентов с сердечными заболеваниями. По сравнению с контрольной группой удалось обнаружить значительное снижение плотности аксонов. Ученые пришли к выводу, что эта потеря иннервации шишковидной железы и обеспечивает низкий уровень мелатонина уровни. Помимо этого у людей с сердечными заболеваниями, так же как и у мышей, верхний шейный ганглий имел рубцевание и был заметно увеличен.
Исследователи предполагают, что негативные последствия мертвых аксонов становятся постоянными на поздних стадиях.
«На ранней стадии мы смогли вернуть выработку мелатонина у мышей к исходному уровню с помощью препаратов, разрушающих макрофаги в верхнем шейном ганглии. Во-первых, это демонстрирует роль ганглия в этом процессе. А, во-вторых, это вселяет надежду на то, что мы сможем разработать лекарства для предотвращения непоправимых нарушений сна при сердечных заболеваниях», — говорят авторы. Это одна из задач, которую команда намерена решить в ближайшие годы.
Помимо надежды большого числа пациентов с сердечными заболеваниями на то, что будет найдено лечение нарушения сна, Стефан Энгельгардт рассматривает исследование как повод взглянуть на ганглии с новой точки зрения. Он считает, что новые методы, такие как пространственное секвенирование отдельных клеток, позволяют гораздо более тщательно исследовать отдельные нейроны. И это исследование может побудить ученых начать систематический поиск связей между другими заболеваниями в органах, связанных через ганглии, которые действуют как переключатели, и рассматривать ганглии как отправную точку в поиске новых лекарств.
Также, по мнению авторов, ганглии могут стать важными с диагностической точки зрения. Поскольку все шейные ганглии у пациентов с сердечными заболеваниями, которых они обследовали, были значительно увеличены, исследователи полагают, что это можно применить в качестве показателя сердечной недостаточности. Размер ганглия можно легко проверить с помощью обычной ультразвуковой диагностики. Если подобные результаты подтвердятся в дальнейших исследованиях, то запуск скрининга на увеличение шейных ганглиев может оказаться весьма целесообразным.
Текст: Виктория Киричок
Immune-mediated denervation of the pineal gland underlies sleep disturbance in cardiac disease by Karin A. Ziegler et al, Science (2023). DOI: 10.1126/science.abn6366. www.science.org/doi/10.1126/science.abn6366