Согласно современным представлениям, в мозге больных шизофренией существует тесная взаимосвязь между дисфункцией множества нейронных цепей и нарушениями миелинизации серого и белого вещества [1], включая нарушения структуры и функций олигодендроцитов (Ол) [2]. Миелиновые оболочки аксонов, образуемые Ол, состоят из отдельных сегментов, разделенных немиелинизированными участками, что позволяет весьма значительно увеличивать скорость прохождения сигнала по аксону [3]. Другой важный аспект заключается в том, что модификации миелиновых оболочек (например, появление новых миелинизированных участков на аксоне) являются важным механизмом синхронизации импульсов, необходимой для адекватной синаптической пластичности [4, 5]. Экспериментальные данные свидетельствуют, что эти модификации осуществляются преимущественно прогениторами олигодендроцитов на последних стадиях их дифференцировки [6]. Численность популяции этих клеток в мозге человека составляет 3—9% от общего количества клеток, они способны к пролиферации и дифференцировке и локализуются в сером веществе мозга в виде кластеров олигодендроцитов (ОлК), что позволяет легко идентифицировать их на срезах аутопсийного мозга [7, 8].

Известно, что хвостатое ядро (ХЯ) анатомически и функционально связано с многочисленными областями коры (включая ассоциативные, сенсомоторные и лимбические отделы) множественными параллельными анатомическими петлями и, таким образом, тесно вовлечено в процессинг как сенсомоторных, так и когнитивных задач [9]. Нарушения связей между корой и ХЯ в мозге больных шизофренией подтверждены данными диффузионно-тензорной томографии, свидетельствующими о выраженных нарушениях структуры трактов, связывающих эти области [10]. Результаты функциональной магнито-резонансной томографии (фМРТ) в состоянии покоя свидетельствуют, что подавление этих связей может коррелировать как с позитивными [11], так и с негативными симптомами заболевания [12]. Для вновь заболевших шизофренией пациентов с симптомами бреда характерно также выраженное снижение плотности серого вещества в головке ХЯ по сравнению с пациентами без бредовых симптомов и психически здоровыми [13], при этом выраженность изменений коррелирует с тяжестью бреда.

Использование современных методов функциональной нейровизуализации позволило описать топографию проекций в ХЯ от различных областей ассоциативной коры [14]. Так, например, центральная часть головки ХЯ и часть его тела связаны с областями коры, принадлежащими лобно-теменной когнитивной сети, включая дорсолатеральную префронтальную и нижнюю теменную кору [14, 15]. Ранее мы исследовали численную плотность (Nv) Ол (NvОл) и ОлК (NvОлК) в этой области ХЯ (ростральнее передней комиссуры мозга) и обнаружили достоверное снижение обоих параметров при шизофрении по сравнению с контролем [16]. В наиболее ростральной части головки ХЯ локализуются проекции от областей коры, принадлежащих к дефолтной сети, таких как медиальная префронтальная кора и задняя цингулярная кора [14, 15]. Именно для ростральной части ХЯ показано достоверное и наиболее выраженное подавление функциональных связей с корой, а также выраженное снижение объема серого вещества в мозге пациентов [15].

Ранее было показано значительное снижение NvОл и NvОлК в двух областях ассоциативной коры: в поле 10 (ростральная префронтальная область) и полях 39 и 40 (нижняя теменная долька), относящихся к ключевым звеньям лобно-теменной когнитивной и дефолтной сетей [17—20], дисфункция которых при шизофрении многократно подтверждена [21]. Полученные данные свидетельствуют, что выраженность изменений количества Ол и ОлК, а также картина корреляций между клетками семейства Ол и ее изменения в мозге пациентов в различных полях ассоциативной коры могут зависеть от выраженности когнитивных нарушений у пациентов и быть связанными с особенностями связей конкретных областей, специфической активностью их нейронов и характером изменений этих параметров при шизофрении.

Цель исследования — определить, изменяются ли NvОл и NvОлК в сером веществе ростральной части головки ХЯ при шизофрении по сравнению с контролем и исследовать корреляционные взаимосвязи NvОл и NvОлК в указанной области головки ХЯ в норме и при шизофрении.

Материал и методы

Демографическая и клиническая характеристика образцов мозга. Исследованы образцы ростральной части головки ХЯ из коллекции лаборатории клинической нейроморфологии НЦПЗ РАМН, полученные в процессе аутопсий, проводившихся в патологоанатомических отделениях Московских психиатрических больниц №1 и №15 и судебно-медицинского морга №2 (тема №0508-2019-0031). Перед взятием материала было получено разрешение родственников на аутопсию и исследование. Исследование соответствовало всем положениям Хельсинкской декларации и было одобрено ЛЭК.

Все образцы были иссечены из левого полушария мозга как в группе шизофрении (18 случаев; 7 женщин и 11 мужчин), так и в контрольной группе (18 случаев без психической патологии; 9 женщин и 9 мужчин).

Критерии включения: причины смерти — сердечно-сосудистая недостаточность, пневмония, инфаркт миокарда, аневризма аорты, тромбоэмболия легочной артерии.

Критерии невключения: травмы головного мозга, алкогольная и лекарственная зависимость, а также нейрогистологические признаки нейродегенеративных и сосудистых заболеваний мозга.

Диагноз психического заболевания был сформулирован прижизненно психиатрами в соответствии с критериями МКБ-10: клиническая группа включала 17 случаев параноидной шизофрении (F20.00), а также 1 — шизофрении неуточненной формы (F20.98). Данные о возрасте пациентов и возрасте начала заболевания, а также длительности заболевания и нейролептической терапии были получены из историй болезни. Для учета возможного влияния нейролептической терапии на исследуемые показатели был использован хлорпромазиновый эквивалент, рассчитанный по показателям фармакотерапии за последний месяц [22, 23]. Демографические и клинические характеристики обеих групп представлены в таблице.

Демографические и клинические характеристики групп сравнения

Примечание. ХПЭ — хлорпромазиновый эквивалент средней дневной дозы нейролептических препаратов (мг) за последний месяц жизни; временные показатели даны как M±SD.

Обработка ткани и морфометрическое исследование. Ростральную часть головки ХЯ идентифицировали по известным макроскопическим ориентирам [24] и выделяли на медиальной поверхности левого полушария мозга в непосредственной близости от колена мозолистого тела. Блоки ткани фиксировали в 4%-ном параформальдегиде на 0,1 М фосфатном буфере (pH 7,4) и заключали в парафин. Из каждого блока получали серии срезов толщиной 20 мкм, затем случайным систематическим отбором из каждых 20 срезов выбирался 1. Срезы окрашивали по Нисслю (крезиловый фиолетовый) и лаксолевым синим. После гистологической обработки толщина окрашенных срезов варьировала в пределах от 14 до 16 мкм. Случаи были закодированы, морфометрическое исследование проводилось вслепую.

Срезы изучали в световом микроскопе Carl Zeiss Axio Imager M1 (Австрия) с интегрированной компьютерной системой AxioVision под иммерсионным объективом 1000×1,4. Ол в сером веществе головки ХЯ идентифицировали как клетки с маленькими (5—7 мкм в диаметре) округлыми или овальными ядрами, заполненными компактным хроматином, и узким ободком светлой цитоплазмы. Для морфометрии использовали метод оптического диссектора, который позволяет определять число клеток в единице объема ткани (численная плотность, Nv), подробно описанный нами ранее [25]. Размеры измерительной рамки составляли 340×250 мкм. Случайным систематическим образом выбирали по 10 таких полей на каждом срезе, на каждый случай использовали по 10 срезов.

Статистический анализ. Для статистического анализа полученных данных использовали пакет Statistica (Version 7 for Windows, «Stat Soft Inc. Tulsa», США). Нормальность распределения и гомогенность дисперсий для исследуемых параметров, а также для демографических и патолого-анатомических характеристик материала тестировали с использованием критерия Колмогорова—Смирнова и Levene-теста.

Корреляционный анализ не выявил значимых эффектов возраста и постмортального интервала (ПМИ) на NvОл и NvОлК в группе случаев шизофрении или контрольной группе (p≥0,27). Группы сравнения не различались достоверно по возрасту (ANOVA, p≥0,35), однако ПМИ в группе шизофрении был достоверно выше, чем в контрольной группе (F=7,28; p=0,01). Возможное влияние возраста пациентов на исследуемые параметры можно предположить, учитывая данные, согласно которым миелинизация серого вещества коры достигает плато в четвертой декаде жизни и сменяется быстрым снижением в пятой декаде [1]. Ранее были получены данные, что NvОл в слое 5 префронтальной коры была достоверно выше в подгруппе контролей моложе 50 лет по сравнению с подгруппой старше 50 лет, но не различалась в возрастных подгруппах шизофрении [17]. Кроме того, исследование изменений NvОл и NvОлК в прилежащем к ХЯ отделе полосатого тела (скорлупе) показало, что достоверное снижение этих параметров при шизофрении наблюдается только у мужчин [26]. Поэтому для сравнения NvОл и NvОлК в ростральной части головки ХЯ использовали двухфакторный дисперсионный анализ (MANCOVA) с диагнозом и полом в качестве независимых переменных, а также с возрастом и ПМИ в качестве ковариат с последующими апостериорными попарными сравнениями изучаемых групп (Дункан-тест).

Для выявления корреляционных связей между NvОл и NvОлК использовали корреляционный анализ по Пирсону. В зависимости от характера распределения переменных корреляционный анализ по Пирсону или Спирмену использовали для оценки возможных зависимостей между исследованными параметрами и возрастом или ПМИ, а также продолжительностью заболевания, возрастом к началу заболевания и интенсивностью нейролептической терапии в группе шизофрении.

Результаты

Выявлено достоверное влияние диагноза на NvОл (F(1,30)=11,6; p=0,0019) и NvОлК (F(1,30)=9,3; p=0,005) в ростральной части головки ХЯ. При этом не обнаружено достоверного влияния пола, взаимодействия диагноза с полом, а также ковариат (возраст и ПМИ) на исследованные параметры (F(1,30)≤1,1; p≥0,3).

NvОл достоверно снижалась (–20%, p<0,0005, Дункан-тест) при шизофрении по сравнению с контролем в ростральной части головки ХЯ (рис. 1, а). Снижение NvОлК составляло 28% (p=0,0006, Дункан-тест) при шизофрении по сравнению с контролем (рис. 1, б).

Рис. 1. Снижение численной плотности олигодендроцитов (а) и кластеров олигодендроцитов (б) в головке хвостатого ядра при шизофрении по сравнению с контролем.

** — p<0,001; — контроль; — шизофрения; — средние.

Корреляционный анализ. NvОлК достоверно положительно коррелировала с NvОл (рис. 2, а, б) как в контроле (R=0,8; p<0,001), так и при шизофрении (R=0,95; p<0,001). В группе шизофрении исследованные параметры не коррелировали с длительностью заболевания (R≤0,17; p≥0,5) и возрастом начала заболевания (R≤0,77; p≥0,5).

Рис. 2. Положительные корреляции между численной плотностью олигодендроцитов и кластеров олигодендроцитов в головке хвостатого ядра в контроле (а) и при шизофрении (б).

Ни в одной из групп сравнения не обнаружено достоверных корреляций NvОл и NvОлК с такими потенциальными факторами влияния, как возраст (R≤0,27; p≥0,27), ПМИ (R≤0,14; p≥0,3) и хлорпромазиновый эквивалент (R≤–0,11; p≥0,7).

Обсуждение

Полученные результаты свидетельствуют о достоверном снижении NvОл и NvОлК в ростральной части головки ХЯ в мозге больных шизофренией по сравнению с контрольной группой. Ранее нами были опубликованы данные о снижении NvОл и NvОлК в более каудальной (центральной) части головки ХЯ [16], которая связана преимущественно с ключевыми корковыми полями лобно-теменной когнитивной сети. Нарушения этих связей неоднократно описаны при шизофрении [14, 15]. Для объекта настоящего исследования ростральной области головки ХЯ характерны проекции от областей коры, принадлежащих к дефолтной сети, таких как медиальная префронтальная кора и задняя цингулярная кора [14, 15]. Имеются данные, что наиболее выраженное подавление функциональных связей с корой, а также достоверное снижение объема серого вещества при шизофрении характерно именно для ростральной части головки ХЯ [15].

Важно подчеркнуть, что для пациентов с высоким риском развития психоза также было показано подавление связей рострального сегмента ХЯ с корковыми структурами дефолтной сети [11, 27]. Особенно это характерно для ХЯ в мозге пациентов с риском развития позитивных симптомов, при этом у них отсутствовали изменения связей между головкой ХЯ и лобно-теменной когнитивной сетью [27].

Выраженное подавление связей в ростральной части головки ХЯ при шизофрении и его связь с предрасположенностью к психозу могут быть связаны с таким важным патофизиологическим феноменом шизофрении, как нарушения обмена дофамина и дофаминергической нейромедиации. Известно, что для мозга больных шизофренией [28] и пациентов с предрасположенностью к психозу [29] характерно существенное возрастание концентрации дофамина, особенно выраженное в ростральной части ХЯ [30]. Получены также данные, позволяющие предполагать прямую взаимосвязь между повышением содержания дофамина в стриатуме и нарушениями корково-стриатных связей [31].

Функциональная активность дефолтной сети связана с интроспективно ориентированными когнитивными процессами в состоянии покоя, а также с самореферентным процессингом [32]. Последнее дает основание некоторым авторам полагать, что подавление связей между ХЯ и дефолтной сетью может вносить существенный вклад в неадекватную оценку значимости внешних и внутренних стимулов, приводя к развитию бреда и галлюцинаций [27, 33]. Однако не меньшее значение имеет деактивация этой области, необходимая для переключения внимания при переходе к целенаправленному поведению [34]. Нарушения как активности, так и деактивации дефолтной сети при шизофрении неоднократно подтверждены данными исследований с использованием фМРТ [35].

Результаты проведенного корреляционного анализа свидетельствуют о мощных и достоверных положительных корреляциях между NvОл и NvОлК в ростральной части головки ХЯ как в контрольной группе (R=0,88, p<0,0001), так и в мозге больных шизофренией (R=0,95, p<0,0001). Следует отметить, что ранее мы не обнаружили таких корреляций между этими параметрами в центральной части головки ХЯ и прилежащей к ней части скорлупы [16, 26]. Важно подчеркнуть, что речь идет о корреляционных связях между количеством миелинизирующих Ол и количеством их прогениторов, организованных в кластеры. Данные экспериментальных исследований свидетельствуют, что ОлК в зрелом мозге являются результатом пролиферации прогениторов Ол и способны развиваться в зрелые Ол [7, 8]. Показано, что именно прогениторы на последней стадии дифференцировки способны создавать новые сегменты миелина, что позволяет осуществлять функционально зависимые модификации миелиновых оболочек аксонов [6]. Эти клетки получают синаптические входы от близлежащих нейронов, и именно особенности активности нейронов (а не просто факт ее наличия) определяют параметры пролиферации и дифференцировки предшественников в Ол [36]. Эти данные позволяют предположить, что выявленные различия корреляционных связей между различными частями головки ХЯ могут также быть следствием различий в специфике активности нейронов и особенностей функционирования межнейронных связей в конкретных областях в норме и при шизофрении.

В доступной литературе нами не обнаружено данных, касающихся анализа корреляций между клетками семейства Ол в мозге человека. Однако полученные ранее данные свидетельствуют, что картина корреляционных связей может значительно различаться даже между анатомически близко прилежащими областями коры. Так, в ростральной части верхней лобной извилины (поле 10) и в супрамаргинальной извилине нижней теменной дольки (поле 40), являющихся тесно связанными структурно и функционально ключевыми локусами лобно-теменной когнитивной сети, картина корреляций была сходной: присутствовали достоверные положительные корреляции между NvОл и NvОлК в 3 подслоях слоя 3 и в слое 5 [18, 19]. Однако в поле 39 (ангулярная извилина нижней теменной дольки) в обеих группах сравнения были выявлены только мощные положительные (0,9≤R≥0,66) корреляции между NvОлК и количеством олигодендроцитов-сателлитов на пирамидный нейрон в 3 подслоях слоя 3, а в слое 5 полностью отсутствовали корреляции между клетками семейства Ол [20]. Известно, что поле 39 задействовано в основном в языковых и семантических задачах [37], однако на современном этапе его считают одной из областей мозга с наибольшей плотностью функциональных связей и рассматривают как буфер всей входящей внешней и внутренней информации [38, 39]. Что касается пирамидных нейронов слоя 5, в ассоциативной коре они дают реципрокные связи к базальным ядрам (включая ХЯ) и ядрам таламуса высшего порядка и являются частью трансталамического пути корково-корковых взаимодействий [40]. Однако структурные связи поля 39 с подкорковыми структурами очень мало выражены, поэтому считают, что связи этого поля в основном опосредованы корково-корковыми контактами пирамидных нейронов слоя [41]. Эти данные также указывают на то, что различия специфической активности соответствующих нейронных сетей могут быть связаны и с различиями в картине корреляционных связей между Ол и их предшественниками в различных сегментах головки ХЯ.

Как уже упоминалось, ростральная часть головки ХЯ получает проекции от корковых структур дефолтной сети, тогда как центральная ее часть — от дорсолатеральной префронтальной коры и нижней теменной доли. По данным фМРТ в состоянии покоя, при шизофрении для ростральной части головки ХЯ характерно наиболее выраженное подавление связей с корой, тогда как в центральной части большинство измененных связей характеризуется усилением [14, 15]. Особенности функционирования собственно дефолтной сети и соответствующих нейронов могут быть также связаны с большой значимостью баланса между активностью и деактивацией этой сети, необходимого для обеспечения адекватного когнитивного перформанса [34].

Показано также, что внутри дефолтной сети очень высока наследственная предопределенность связей, что позволяет некоторым авторам использовать сочетания характеристик дефолтной сети как эндофенотип нейропсихиатрических расстройств [42]. Одновременное использование генетического и фМРТ подхода позволило связать гены, определяющие возбудимость нейронов, с шизофренией и такими характеристиками, как рабочая память и активность дефолтной сети [43]. Авторы другого исследования обнаружили, что уровень экспрессии и полиморфизм 136 генов значимо ассоциируется с силой связей внутри дефолтной сети, при этом 9 нейропсихиатрических заболеваний (включая шизофрению) характеризовались различными комбинациями измененных генов из этого списка [44]. Возможно, что с этой особенностью связано характерное подавление связей рострального сегмента ХЯ с корковыми структурами дефолтной сети при отсутствии изменений связей с фронтопариетальной когнитивной сетью у пациентов с высоким риском развития психоза [11, 27]. Следует отметить, что, по данным прижизненных нейровизуалиционных исследований, корреляционные связи между объемом внутрикоркового миелина и активностью нейронных цепей могут существенно различаться между различными областями коры в зависимости от плотности и разнообразия связей, особенностей цитоархитектоники, а также профиля экспрессии генов [45].

Можно предположить, что перечисленные особенности функциональной активности дефолтной сети и нейронов, входящих в ее состав, определяют характер корреляционных связей между NvОл и NvОлК в ростральной части головки ХЯ, основном локусе афферентных входов от ее корковых областей.

При статистическом анализе полученных данных мы учитывали возможные влияния на исследованные параметры таких факторов, как возраст пациентов, ПМИ и интенсивность нейролептической терапии для случаев шизофрении. Ни корреляционный анализ, ни двухфакторная MANCOVA (с использованием возраста и ПМИ в качестве ковариат) не выявили связи между указанными параметрами и NvОл и NvОлК в группах сравнения. Не было обнаружено также достоверного влияния пола или взаимодействия диагноз—пол на указанные параметры.

Однако использованная нами оценка возможного влияния нейролептической терапии на исследованные параметры носит несколько ограниченный характер по двум причинам. Во-первых, для определения хлорпромазинового эквивалента и последующего корреляционного анализа использовались данные о полученных пациентом препаратах только за последний месяц. Во-вторых, проблему может составлять не только возможное воздействие препаратов на количество клеток, но и имеющиеся в литературе данные о возможных изменениях объема ХЯ в мозге пациентов в сторону увеличения под воздействием собственно болезни и/или нейролептической терапии, поскольку мы исследовали количество клеток в единице объема головки ХЯ. На сегодня известно, что нейролептические препараты, такие как оланзапин и кветиапин (в отличие от галоперидола), стимулируют пролиферацию и/или дифференцировку предшественников Ол [46, 47]. Что касается объема ХЯ в мозге пациентов, впервые заболевших шизофренией и не получавших нейролептической терапии, в большинстве опубликованных исследований сообщается о его уменьшении или отсутствии изменений [48, 49]. Данные о влиянии нейролептиков на объем ХЯ при шизофрении весьма противоречивы. Имеются сообщения, что клозапин способен вызывать снижение объема этой структуры, тогда как типичные нейролептики — увеличение [50, 51]. Следует отметить, что, по данным этих авторов, изменения составляют 8—10%. В ряде исследований изменения объема ХЯ при хронической шизофрении не выявлены при использовании методов прижизненной структурной нейровизуализаци [52] или при морфометрии аутопсийного мозга пациентов [53, 54]. Важно, что, по данным X. Liu и соавт. [15], применявших современные чувствительные методы структурной и функциональной нейровизуалиции для точной сегментации ХЯ, достоверное снижение объема серого вещества было характерно только для ростральной части головки ХЯ в мозге больных шизофренией (исследование включало 159 пациентов и 166 здоровых).

В совокупности эти данные свидетельствуют, что выявленное в настоящем исследовании снижение NvОл и NvОлК является следствием заболевания, и связь его с нейролептической терапией маловероятна.

Заключение

Таким образом, ОлNv и ОлКNv достоверно снижена в ростральной части головки ХЯ при шизофрении, как это было ранее показано и для центральной части головки ХЯ. Однако корреляционные взаимоотношения между исследованными параметрами существенно различались между этими областями: в ростральной (но не в центральной) части головки ХЯ обнаружены мощные положительные корреляции между NvОлК и NvОл в обеих группах сравнения. Различия, возможно, могут быть связаны с особенностями в характере функциональной активности дефолтной и лобно-теменной сетей, с которыми, соответственно, связаны эти отделы головки ХЯ.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.