Вирус простого герпеса первого типа нарушает процессы дифференцировки стволовых нервных клеток и формирования коры головного мозга. Такие результаты удалось получить с помощью, в том числе, трехмерной органоидной модели головного мозга человека. Кроме того, ученым удалось показать, что вирус способствует аномальной активации микроглии, которая сопровождается выработкой воспалительных медиаторов. Она также может нарушать процесс развития нервной ткани. Исследование опубликовано в журнале PLoS Pathogens.
Нарушения развития головного мозга во внутриутробном периоде роста ребенка могут вызывать более поздние нейропсихические расстройства, которые сохраняются и во взрослом возрасте. К таким расстройствам относятся синдром дефицита внимания и гиперактивности, расстройства аутистического спектра, неспособность к обучению и умственная отсталость. Одной из причин нарушений развития мозга может стать внутриутробная инфекция. Вирусная внутриутробная инфекция приводит к изменениям в структуре мозга, нарушениям синаптической передачи, иммунной системы и поведения.
Вирус простого герпеса (ВПГ) — один из наиболее распространенных патогенов человека во всем мире. ВПГ первого типа (ВПГ-1) в основном передается при оральном контакте и вызывает герпес на губах и во рту, в то время как ВПГ второго типа передается половым путем и вызывает генитальный герпес. Оба типа вируса способны вызывать пожизненную инфекцию и иногда способны вызывать и тяжелые заболевания, например, энцефалит. Ряд исследований показали, что внутриутробные инфекции ВПГ-1 связаны с риском нарушений развития центральной нервной системы плода, что приводит к долгосрочным неврологическим последствиям, включая когнитивную дисфункцию, неспособность к обучению и деменцию у взрослых. Однако патогенетические звенья этого процесса остаются неясными.
Современное понимание того, как инфекция ВПГ-1 влияет на мозг плода, в значительной степени известно по животным моделям. Однако человеческий мозг содержит намного больше нервных и глиальных клеток, которые формируют сложные морфологические и функциональные связи. Из-за этой сложности полноценно перенести результаты с животных моделей на человека нельзя. Поэтому группа ученых из Уханьского университета под руководством Хаовэнь Цяо (Haowen Qiao) изучила патогенное действие вируса простого герпеса первого типа на нервных клетках разной степени дифференцировки и трехмерных органоидах головного мозга, которые были максимально приближены морфологически и функционально к развивающемуся головному мозгу плода.
Чтобы понять, какие клетки поражает ВПГ-1, ученые попытались заразить вирусом плюрипотентные стволовые клетки, нервные стволовые клетки и зрелые нейроны разным количеством вирусных частиц. Через восемь дней при количественном определении уровня инфицирования клеток (с помощью иммунофлюоресцентного окрашивания антител против антигенов ВПГ-1 на оболочке клетки) выяснилось, что наиболее восприимчивыми к ВПГ-1 оказались нервные стволовые клетки (p < 0,05), причем чем больше была концентрация вируса, тем сильнее инфицировалась клетка.
Плюрипотентные стволовые клетки (hiPSCs), нервные стволовые клетки (NSC) и нейроны через 24 часа после заражением ВПГ-1. Зеленый цвет — иммунофлюоресцентное окрашивание белка оболочки ВПГ-1
1/2 Кроме того, анализ проточной цитометрии показал, что нервные стволовые клетки подвергались апоптозу после инфицирования ВПГ-1, причем чем больше была вирусная нагрузка, тем большее количество клеток подвергалось апоптозу (р = 0,0054 и р = 0,0018 для меньшей и большей дозы соответственно). Следовательно, инфицирование ВПГ-1 нервных стволовых клеток приводило к торможению роста этой клеточной популяции, что обусловлено, по крайней мере частично, индукцией клеточного апоптоза.
Затем ученые определили, может ли инфекция ВПГ-1 нарушать дифференцировку нервных стволовых клеток. Через 21 день после заражения иммунореактивность нейронального маркера ассоциированного с микротрубочками белка 2 типа (MAP2) прогрессивно снижалась (p < 0,05). Это может говорить о том, что ВПГ-1 заметно нарушил дифференцировку нейронов. Кроме того, ученые обнаружили, что в зараженных ВПГ-1 клетках около 384 генов, ответственных за дифференцировку нервных клеток, оказались выключенными. Поэтому инфекция ВПГ-1 может быть ответственна за увеличение риска дисрегуляции дифференцировки нервной ткани.
В клетках трехмерных органоидов, инфицированных ВПГ-1 в активный период пролиферации нейроэпителия и нейрогенеза, значительно снизилась экспрессия SOX2 и нестина (маркеров нервных стволовых клеток, p < 0,01 для обоих), что свидетельствует о нарушении нейрогенеза. Аналогичным образом, в инфицированных ВПГ-1 нейроэпителиальных стволовых клетках наблюдался низкий уровень экспрессии мРНК SOX2 и нестина (р < 0,05).
Также ученые проанализировали организацию дорсальных корковых областей внутри органоидов. На 18-е сутки наблюдались отчетливые слои желудочковой зоны и кортикальной пластинки. По сравнению с контрольной группой толщина кортикальной пластинки в инфицированных ВПГ-1 органоидах оказалась значимо меньше (p < 0,01). Кроме того, у инфицированных ВПГ-1 органоидов наблюдалось снижение концентрации белка ISL1 — маркера нейронов заднего мозга (p < 0,01).
Помимо нарушения нейрогенеза инфекция ВПГ-1 стимулировала пролиферацию микроглии, которая серьезно влияет на гомеостаз головного мозга через регуляцию функциональных воспалительных процессов. Активированная микроглия экспрессировала CD11b — рецептор лимфоцитов. Относительная интенсивность флуоресценции белка CD11b достоверно различалась между тремя группами: в группе низких доз вируса экспрессия CD11b была увеличена на 249,7 процента, а в группе высоких доз — на 513,6 процента по сравнению с контрольной группой (p < 0,01 для обеих групп).
К тому же, органоиды головного мозга, инфицированные ВПГ-1, демонстрировали повышенную экспрессию мРНК провоспалительных (фактор некроза опухоли альфа и интерлейкин-6) и противовоспалительных медиаторов (интерлейкин-10 и интерлейкин-4; p < 0,01). В другом виде глиальных клеток — астроцитах — в ответ на инфекцию ВПГ-1 значительно усиливалась экспрессия маркера этих клеток — глиального фибриллярного кислого белка (GFAP) По сравнению с контрольной группой экспрессия увеличилась на 301 процент в группе высоких доз.
Таким образом, ученым удалось на органоидных моделях головного мозга человека показать, что инфекция ВПГ-1 приводит к нарушению дифференцировки нервных клеток, нарушению регуляции нейрогенеза и дисрегуляции коркового слоя и регионализации мозга у плода. Кроме того, инфекция ВПГ-1 способствовала аномальной пролиферации и активации микроглии. Это исследование открывает новые возможности, во-первых, для имитации патологии развития мозга плода при ВПГ-инфекции, а во-вторых, расширяет картину патогенеза повреждения центральной нервной системы при внутриутробной инфекции ВПГ-1.
Исследований эффектов ВПГ-1 на нервную ткань становится больше с каждым месяцем. Совсем недавно мы рассказывали, как у подобной трехмерной модели мозга вирус герпеса первого типа вызвал симптомы болезни Альцгеймера.
Вячеслав Гоменюк
https://nplus1.ru/
