Мюллерова глия

Нарушение функции  мюллеровских клеток связывают с  развитием многих заболеваний, в  частности старческого и связанного с Х-хромосомой юношеского ретиношизиса.

Глиальные клетки мюллера активно участвуют в процессах репарации при повреждениях сетчатки. Например, в эмбриональном периоде они могут фагоцитировать дегенерирующие клетки ганглиозного слоя цыпленка, а также замещать нервные клетки сетчатки, погибшие в результате экспериментальной ишемии у кролика на 14-й день после перерезки задней ресничной артерии. Путем иммунной гистохимии установлено, что глия Мюллера сетчатки крысы реагирует на повреждение, подобно астроцитам мозга, накоплением фибриллярного кислого белка глии (ФКБГ— GFA). Авторы считают, что накопление ФКБГ связано с процессом фибриллогенеза. ФКБГ-позитивный материал был выявлен также иммуно-гистохимически в мюллеровских клетках сетчатки человека в условиях реактивного глиоза.

Исходя из современных  представлений, мюллеровские клетки выполняют сразу несколько функций: опорную – они проходят через все слои сетчатки в виде стержня. Их ядра лежат на уровне биполярных клеток, а отростки достигают наружной и внутренней пограничных мембран (Хэм А., Кормак Д., 1983). мюллеровские клетки окружают своими аксонами все нейроны сетчатки и их дендриты. Кроме того, они выполняют метаболическую и трофическую функцию – нейтрализуют избыток такихнейротрансмиттеров, как L–глутамат и L–аспартат, регулируют количество оксида азота (Izumi Y., Kirby C.O., Benz A.M. etal., 1999; Winkler B.S., Matthew J.A., Brassel M.A. etal., 2000).

Мюллеровские клетки могут регулировать концентрацию внеклеточного глутамата при помощи специфического фермента глутаминсинтетазы, который переводит глутамат в нетоксичный, даже в высоких концентрациях, глутамин (Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф., 1990). Повышенная концентрация активных форм кислорода может угнетать действие глутаминсинтетазы.

Гибель любой клетки в  организме может происходить  как путём апоптоза, так и путём некроза. Ускорение апоптоза при глаукоме приводит к повышению концентрации внеклеточного глутамата и связанного с этим некроза прилежащих клеток (вторичная клеточная смерть).

Считается, что путем апоптоза в норме в глазу ежегодно погибает 5 тысяч ганглиозных клеток (Jonas J., Schmidt A., Muller–Bergh J etal., 1990), при глаукоме это количество может увеличиваться вдвое. Как указывают некоторые авторы (Хьюбел Д., 1990), в сетчатке имеется один миллион ганглиозных клеток. Ежедневно здоровый глаз теряет 0,014 % популяции, а глаз с ПОУГ – 0,028 %. Учитывая толщину среза гистологического препарата (3–5 мкм) в норме апоптоз может быть зарегистрирован с вероятностью 0,0006 %, а при глаукоме – 0,0012 %, что практически невозможно обнаружить даже в серийных срезах.

Апоптоз в ганглиозных клетках при хроническом течении такого заболевания, как глаукома, пусть даже и экспериментальная, – явление, чрезвычайно трудно регистрируемое. Активность мюллеровых клеток увеличивается за счёт повышенного синтеза глутаминсинтетазы при глаукоме, особенно на экваторе глаза.

Гибель ганглиозных клеток сетчатки развивается на ранних этапах формирования глаукомы. Одной из форм гибели клеток в глазу являлся  апоптоз, усиление интенсивности которого резко возрастает при заболевании. Экспрессия маркерных ферментов и белков мюллеровскихклеток свидетельствовует о топографии их распределения в сетчатке глаза и увеличении их функциональной активности при АИГ.

7. Клетки Мюллера и их взаимоотношения с нейронами

Глиальные клетки до настоящего времени рассматривались как  вспомогательные элементы нервной  ткани в центральной нервной  системе и сетчатке. Однако открытия в области нейробиологии, сделанные в последние годы, показали, что глиальные элементы сетчатки обладают различными функциональными свойствами.

Известно, что метаболизм в нейроглие изменяется под влиянием внешней и внутренней среды и, подобно метаболизму в нейронах, характеризуется функциональной лабильностью. Наряду с определенным сходством существуют и особенности в биохимической организации нейроглии и нейронов.

Глиальная популяция сетчатки представлена преимущественно клетками мюллера, которые, являясь высокоспециализированными глиальными элементами, выполняют опорно-изолирующую функцию, осуществляют активный транспорт метаболитов на разных уровнях сетчатки и участвуют в светоиндуцированном генерировании волны b ЭРГ. Мюллеровские клетки обладают способностью к поляризации высокой степени. Они образуют все типы контактов, известных у глиальных клеток: с жидкой средой, базальной мембраной, нейронами и другими глиальными элементами сетчатки. Структурно-функциональная организация отростков радиальных клеток Мюллера направлена на обеспечение транспорта веществ, поступающих между наружными сегментами фоторецепторов через гемато-ретинальный барьер из собственно сосудистой оболочки глазного яблока (choroidea) [Певзнер Л.З., 1979].

Базальная концевая ножка клеток мюллера контактирует с мезенхимальными производными и со стороны стекловидного тела покрыта внутренней пограничной мембраной. Плазмолемма нейроглии на границе с базальной мембраной обладает высокой проницаемостью для ионов калия и содержит особые прямоугольные частицы, обеспечивающие стабильность мембраны при натяжении на поверхности стекловидного тела. Контакты клеток Мюллера в ядерных и плексиформных слоях обладают свойствами, необходимыми для нейроглиальных взаимодействий.

Наряду с клетками мюллера в слое нервных волокон сетчатки млекопитающих имеются астроциты. Олигодендроциты, участвующие в миелинизации аксонов ганглиозных клеток, описаны лишь у некоторых млекопитающих. Микроглиоциты обнаруживают главным образом в сетчатке плодов и в раннем постэмбриональном периоде, реже — у половозрелых особей. Большинство авторов указывают на расположение микроглии до внутреннего плексиформного слоя сетчатки. Предполагают, что нарушения структуры и функции глиальных клеток являются одним из звеньев патогенеза некоторых заболеваний сетчатки.

Ретинальную нейроглию наряду с клетками пигментного эпителия относят к основным типам клеток, участвующих в образовании эпиретинальных мембран [Hogg P., 1990]. Глиальным астроцитам отводят немаловажную роль в процессе неоваскуляризации у пациентов с пролиферативной диабетической ретинопатией (ДР) и отслойкой сетчатки с пролиферативной витреоретинопатией. При ДР установлена чувствительность цитоплазмы клеток Мюллера, которая трансформируется и приобретает вид луковой шелухи, к длительным гипергликемическим состояниям. При наследственных дегенерациях сетчатки у животных, схожих с пигментным ретинитом человека, пролиферативная ретинопатия сопровождается процессом неоваскуляризации, подобным таковому при ДР. В экспериментах на мышах прослежена активация синтеза глиального фибриллярного кислого белка (ГФКБ) в клетках мюллера при наследственной дегенерации фоторецепторов в сетчатке, сопровождающей наследственную ретинальную патологию. Пролиферация и гипертрофия клеток Мюллера наблюдаются уже на 3—4-е сутки после отслойки сетчатки [Fisher S.K., 1990]. При этом в нейроглие, так же как и при дегенерации фоторецепторов, возрастает уровень ГФКБ и виментина. Установлено, что после хирургического лечения при прилегании сетчатки клетки Мюллера ингибируют регенерацию наружных сегментов фоторецепторов и в наружном плексиформном слое развивается глиоз.

Таким образом, повреждение именно глиальных клеток мюллера при отслойке сетчатки препятствует последующему восстановлению ретинальных связей, нормальной структурно-функциональной организации сетчатки.

Реакция клеток мюллера на воздействия различных стрессовых факторов проявляется изменением содержания "белков стресса", одним из которых считают указанный выше глиальный фибриллярный кислый белок. Подобная реакция нейроглии лежит в основе нарушений, происходящих в сетчатке при травме глаза.

Не исключена связь клеток мюллера с аутоиммунными механизмами, играющими определенную роль в развитии ретинальной па-тологии [Roberge F.G., 1990].

Известно, что L-глутаминовая аминокислота выполняет ряд функций в метаболизме нервной ткани. Одна из них состоит в том, что глутамат является возбудительным нейротрансмиттером. Его освобождение от синаптических окончаний фоторецепторов происходит в темноте и прекращается при световой стимуляции. Избыток глутамата и длительное нахождение его в межклеточном пространстве оказывают ретинотоксическое действие и приводят к блокаде синаптической передачи между фоторецепторами и нейронами 2-го порядка. В экспериментах на сетчатке позвоночных и беспозвоночных доказано строгое взаимодополняющее пространственное разделение (компартментализация) в обмене веществ, локализации и потреблении глутамата и глутамина в нейроглии и нейронах [Duce I. R., 1988].

Блокада синаптической передачи между фоторецепторами и нейронами 2-го порядка глутаматом и его аналогами в значительной степени зависит от рН межклеточной среды.  Сетчатка — метаболически активная и хорошо васкуляризированная ткань, продуцирующая углекислый газ и молочную кислоту, поэтому фоторецепторы сетчатки нуждаются в механизмах защиты от внутриклеточного ацидоза. Клетки мюллера, содержащие карбоангидразу, потребляют СO2, образующийся в процессе метаболизма, в свою очередь карбоангидраза катализирует реакцию СO2 с водой, в результате которой образуются Н+ и НСO-3,и таким образом глиальные клетки Мюллера участвуют в регуляции кислотности среды и модуляции палочковой активности. Аналогичную роль в поддержании ионного гомеостаза играет нейроглия и в ткани мозга.

Из изложенного выше очевидна роль глиальных клеток мюллера в модуляции нейрональной активности в сетчатке и процессах переработки информации в зрительной системе, а также в развитии ретинальной патологии. В связи с этим определение степени участия клеток мюллера в суммарной биоэлектрической активности сетчатки расширяет возможности дифференциальной диагностики нейрональных и нейроглиальных нарушений.

8. Регенерация повреждённой сетчатки

В опытах на аквариумной  рыбке даниорерио было обнаружено, что в глазах находятся особые клетки, позволяющие сетчатке регенерировать и восстанавливать зрение даже после серьезных повреждений. Ученые полагают, что эти клетки – они называются «мюллеровские глиальные клетки» - помогут регенерировать поврежденную сетчатку и у людей.

Повреждения сетчатки –  основная причина слепоты. Причиной этих повреждений могут быть различные  болезни, например, дегенерация желтого  пятна, глаукома или диабет; в Великобритании три четверти случаев слепоты  возникает в результате таких заболеваний.

Специалисты из UCL Institute of Ophthalmology и MoorfieldsEyeHospital изучали мюллеровские глиальные клетки в глазах людей в возрасте от 18 до 90 лет. Было показано, что эта популяция клеток обладает свойствами стволовых клеток и они могут дифференцироваться в различные типы клеток сетчатки. Кроме того, исследователям удалось получить в культуре из этих клеток все типы нейронов, представленные в сетчатке.

При проверке на крысиной модели болезней сетчатки было обнаружено, что  Мюллеровские глиальные клетки мигрируют  в сетчатку и приобретают характеристики окружающих нейронов. В настоящее  время ученые ищут возможность использовать этот подход при лечении людей. Можно  выращивать эти клетки в лаборатории  и затем трансплантировать, но можно  и найти способ стимулировать  их рост и развитие invivo, чтобы регенерация шла за счет собственных клеток поврежденного глаза.

Мюллеровские клетки можно  будет использовать для лечения  людей, теряющих или уже потерявших зрение из-за болезней, разрушающих  сетчатку. Возможно сохранять такие клетки в специальном банке и проводить аллогенные трансплантации или использовать собственные клетки пациентов. Последнее имеет то преимущество, что не возникает иммунной реакции.

Хотя мюллеровские глиальные  клетки присутствуют в глазах любого человека, непонятно, почему у одних  людей они автоматически восстанавливают  поврежденную сетчатку, а у других – нет. Возможно, в нормальной взрослой сетчатке существуют какие-то внешние  механизмы, не позволяющие этим клеткам  делиться.  

9. Клеточная терапия в восстановлении зрения

Роговица и сетчатка глаза  являются критическими элементами нашей  системы зрения. Если стволовые клетки вокруг роговой оболочки или фоторецепторы  сетчатки – вследствие воздействия  химических агентов, генетических расстройств  или возрастных изменений – погибают,  человек теряет зрение.

Современная терапия

Заболевания роговой и  сетчатой оболочек глаза в настоящее  время могут лечиться при помощи клеточных технологий.  Так, нередко клетки пораженной роговицы могут быть восстановлены подсадкой стволовых клеток здоровой, желательно – второго глаза того же пациента: это позволит избежать отторжения. К сожалению, с сетчаткой не все так же просто. По непонятным причинам глаз взрослого человека не в состоянии непосредственно использовать потенциал стволовых клеток.

Лечение будущего

Изначально с целью  восстановления функции сетчатки исследователи  пытались имплантировать в нее стволовые  клетки нервной ткани – безуспешно. Но в 2006 году было показано, что культивация  этих клеток с фоторецепторами мышей  и дальнейшая подсадка к подопытным грызунам позволяет вернуть им зрение. Соответственно, потребовалось выяснить, какие механизмы лежат в основе дифференцировки стволовой клетки – это дало бы возможность наладить производство нужных типов клеток в  лаборатории. И вот, в прошлом  году японские учение смогли создать  питательный коктейль, который обеспечивает трансформацию стволовых клеток в фоторецепторы – сложнейшие клетки тела человека.

Существуют и другие подходы  к решению этой проблемы. Некоторые  ученые фокусируют внимание на клетках, предположительно, отвечающих за метаболизм сетчатки и утилизацию продуктов  обмена. Это – так называемые мюллеровы клетки. У рыбок данио рерио они помимо прочего обеспечивают восстановление поврежденной сетчатки и защищают хозяина от развития слепоты. Американские ученые обнаружили, что мюллеровы клетки млекопитающих можно заставить работать в том же направлении. Они показали, что субретинальная инъекция альфа-аминоадипата стимулирует трансформацию мюллеровых клеток в фоторецепторы – правда, пока неизвестно, насколько качественные связи они образуют и насколько эта манипуляция применима к человеку.