Динамика мозговой жидкости важна для разгадки тайн мигрени и разработки новых терапий

Новое исследование впервые описывает, как распространяющаяся волна нарушения и поток жидкости в мозге вызывают головные боли, уточняя связь между неврологическими симптомами ауры и мигренью, которая следует за ними. Исследование также выявляет новые белки, которые могут быть ответственны за головные боли и которые могут стать основой для новых лекарств от мигрени.

"В этом исследовании мы описываем взаимодействие между центральной и периферической нервной системой, вызванное увеличением концентрации белков, высвобождаемых в мозг во время эпизода распространяющейся деполяризации, явления, ответственного за ауру," сказала Майкен Недергаард, доктор медицинских наук, содиректор Центра трансляционной нейромедицины Университета Рочестера и ведущий автор нового исследования, опубликованного в журнале Science. "Эти открытия предоставляют нам множество новых целей для подавления активации сенсорных нервов для предотвращения и лечения мигреней и укрепления существующих терапий."

Предполагается, что один из 10 человек страдает мигренями, и в четверти случаев головная боль предшествуется аурой, сенсорным нарушением, которое может включать световые вспышки, слепые пятна, двоение в глазах и покалывание или онемение конечностей. Эти симптомы обычно появляются за 5-60 минут до головной боли.

Причиной ауры является явление, называемое корковой распространяющейся депрессией, временной деполяризацией нейронов и других клеток, вызванной диффузией глутамата и калия, которое распространяется как волна через мозг, снижая уровень кислорода и ухудшая кровоснабжение. Чаще всего это происходит в зрительной зоне коры мозга, что объясняет зрительные симптомы, предшествующие головной боли.

Хотя аура мигрени возникает в мозге, сам орган не чувствует боль. Эти сигналы передаются от центральной нервной системы—мозга и спинного мозга—к периферической, которая передает информацию между мозгом и остальным телом и включает сенсорные нервы, ответственные за передачу информации, такой как осязание и боль. Процесс передачи между мозгом и периферическими сенсорными нервами в мигренях в значительной степени оставался загадкой.

Модели динамики жидкости проясняют происхождение боли при мигрени

Недергаард и её коллеги из Университета Рочестера и Копенгагенского университета являются пионерами в понимании движения жидкости в мозге. В 2012 году её лаборатория первой описала глимфатическую систему, использующую цереброспинальную жидкость (ЦСЖ) для удаления токсичных белков из мозга. В сотрудничестве с экспертами по динамике жидкости команда создала детализированные модели движения ЦСЖ в мозге и её роли в транспортировке белков, нейротрансмиттеров и других химических веществ.

Наиболее признанная теория заключается в том, что нервные окончания на поверхности мембран, окружающих мозг, ответственны за головные боли, следующие за аурой. Новое исследование, проведённое на мышах, описывает иной путь и выявляет белки, многие из которых являются новыми потенциальными целями для лекарств, которые могут быть ответственны за активацию нервов и вызов боли.

По мере распространения волны деполяризации, нейроны высвобождают множество воспалительных и других белков в ЦСЖ. В ходе серии экспериментов на мышах исследователи показали, как ЦСЖ транспортирует эти белки к тройничному ганглию, большому скоплению нервов у основания черепа, которое передаёт сенсорную информацию в голову и лицо.

Предполагалось, что тройничный ганглий, как и остальная часть периферической нервной системы, находится за пределами гематоэнцефалического барьера, который строго контролирует, какие молекулы попадают в мозг и выходят из него. Однако исследователи обнаружили ранее неизвестный разрыв в барьере, позволивший ЦСЖ напрямую попасть в тройничный ганглий, подвергая сенсорные нервы воздействию коктейля из белков, высвобождаемых мозгом.

Белки, связанные с мигренью, удваиваются во время волновой активности мозга

Анализируя молекулы, исследователи идентифицировали двенадцать белков—лигандов, которые связываются с рецепторами на сенсорных нервах в тройничном ганглии, потенциально вызывая активацию этих клеток. Концентрации некоторых из этих белков в ЦСЖ более чем удваиваются после корковой распространяющейся депрессии. Один из белков, пептид, связанный с геном кальцитонина (CGRP), уже является целью нового класса лекарств для лечения и предотвращения мигрени, называемых ингибиторами CGRP. Другие выявленные белки играют роль в различных болевых состояниях, таких как нейропатическая боль, и, вероятно, важны при мигренях.

"Мы выявили новый сигнальный путь и несколько молекул, активирующих сенсорные нервы в периферической нервной системе. Среди выявленных молекул есть те, которые уже связаны с мигренями, но мы не знали точно, как и где происходит их мигренезное действие," сказал Мартин Кааг Расмуссен, доктор философии, научный сотрудник Университета Копенгагена и первый автор исследования. "Определение роли этих новых пар лигандов-рецепторов может позволить открыть новые фармакологические цели, что может принести пользу большому количеству пациентов, не реагирующих на доступные терапии."

Исследователи также заметили, что транспорт белков, высвобождаемых в одной стороне мозга, в основном достигает нервов в тройничном ганглии на той же стороне, что, возможно, объясняет, почему боль при большинстве мигреней возникает с одной стороны головы.

Среди дополнительных соавторов работы Кьельд Мёллгаард, Петер Борк, Пиа Вейкоп, Тина Эсмаил, Лилия Дрици, Николай Альбрехтсен, Маттиас Манн, Юки Мори и Джонатан Карлсен из Копенгагенского университета, Нгуен Хуйнь и Стив Голдман из URMC, и Нима Гхитани и Александр Чеслер из Национального института неврологических расстройств и инсульта (NINDS). Исследование было поддержано фондами Novo Nordisk, NINDS, Управлением научных исследований армии США, фондом Lundbeck и фондом медицинских исследований доктора Мириам и Шелдона Г. Адельсона.