Список сокращений

ГЭБ — гематоэнцефалический барьер

ГМ — головной мозг

ИСЖ — интерстициальная жидкость

ЛС — лимфатические сосуды

МЛС — менингеальные лимфатические сосуды

ПВР –пространства Вирхова-Робина

ЦСЖ — цереброспинальная жидкость

AQP4 — аквапорин 4

HIF-1α — фактор 1-альфа, индуцируемый гипоксией

Введение

Лимфатическая система — часть сосудистой системы, обеспечивающая гомеостаз водного и ионного баланса, отток продуктов метаболизма тканей, а также иммунный надзор и потенцирование иммунных реакций. Она играет важную роль в развитии патологических состояний, таких как воспаление, сердечно-сосудистые и нейродегенеративные заболевания, а также является путем метастазирования опухолей [1].

ГМ, как метаболически высокоактивный орган, требует наличия эффективной дренажной системы для поддержания нормального функционирования. Долгое время считалось, что лимфатическая система не распространяется на ГМ, однако недавно это было опровергнуто [2].

Согласно классической теории, ЦСЖ, или ликвор, синтезируется клетками вентрикулярных сосудистых сплетений и циркулирует в полостях мозговых желудочков и в субарахноидальном пространстве. Поток ликвора пульсирует, что соответствует систолической пульсовой волне в артериях. Абсорбция большей части ликвора происходит через арахноидальные грануляции [3].

Однако недавно выдвинутая альтернативная гипотеза говорит о том, что ЦСЖ постоянно вырабатывается и всасывается во всей системе ликвора в результате фильтрации и реабсорбции воды через стенки капилляров в окружающую ткань мозга. Это происходит за счет осмотического и гидростатического давления. Когда гидростатическое давление в капиллярах выше, чем осмотическое, происходит фильтрация воды, в противном случае — реабсорбция [4]. Также предполагается, что в физиологических условиях основной дренаж жидкости осуществляется через обонятельные или периневральные пути, проходящие через продырявленную пластинку решетчатой кости [2]. При этом арахноидальные грануляции активируются только при повышении внутричерепного давления [4].

На систему циркуляции ЦСЖ и ИСЖ влияют физиологические процессы: изменение положения тела, фазы цикла «сон-бодрствование», процесс старения [5]. Изменение эффективности циркуляции наблюдается также при развитии патологических процессов и состояний, таких как нейродегенеративные заболевания, заболевания мелких сосудов, инсульт, воспалительные процессы, локальный отек, опухоли и травматическое повреждение мозга [6]. На данный момент исследования лимфатической системы ГМ направлены на установление взаимосвязей между патологическими процессами и изменениями функционирования компонентов лимфодренажной системы. Также активно изучаются стратегии доставки лекарств, направленные на ключевые компоненты путей лимфатического дренажа центральной нервной системы (ЦНС) при неврологических заболеваниях.

Менингеальные лимфатические сосуды и периневральные пути

Одним из важнейших путей лимфодренажа мозга являются МЛС, или синус-ассоциированные, ЛС. МЛС по строению схожи с ЛС периферических тканей; они также экспрессируют рецепторы VEGFR3, Prox1, PDPN, LYVE-1 [7]. МЛС располагаются вдоль синусов твердой мозговой оболочки и менингеальных артерий, функционируя как путь оттока ИСЖ. Главной особенностью этого пути является прохождение через сосуды макромолекул и иммунокомпетентных клеток (T- и B-лимфоциты, дендритные клетки) с последующим дренированием в глубокие шейные лимфатические узлы (ЛУ). Многие авторы указывают, что активность дренирования веществ максимальна в ночное время [8]. МЛС представляют собой потенциальную терапевтическую мишень для лечения нейродегенеративных и нейровоспалительных заболеваний [6]. Однако роль МЛС в дренировании и потенцировании иммунных реакций при опухолях ГМ остается недостаточно изученной.

У взрослых общий лимфангиогенез в тканях наблюдается только при определенных условиях, таких как воспаление, репарация тканей и образование опухолей, которые индуцируются сосудистым эндотелиальным фактором роста C (VEGF-C). Последний является лигандом, в том числе к VEGFR3 (рецептор, который экспрессируется только на эндотелиальных клетках ЛС) [9—11].

Как уже было сказано, в физиологических условиях отток ликвора также осуществляется через периневральные пути. ЦСЖ проходит через решетчатую пластинку вдоль обонятельных нервов, оттекая преимущественно в поверхностные шейные ЛУ [2].

Периваскулярные дренажные пути

Приток ЦСЖ к паренхиме происходит из субарахноидального пространства, где артерии покрыты непрерывным слоем мягкой мозговой оболочки [12]. По мере погружения артерий в паренхиму ГМ вокруг них образуются периваскулярные пространства, известные как пространства Вирхова-Робина (ПВР). ПВР изнутри ограничены стенкой сосуда и слоем мягкой мозговой оболочки, снаружи — глиальной пограничной мембраной, образованной ножками астроцитов. В настоящее время считается, что ПВР проникают в паренхиму достаточно глубоко, сопровождая сосуды до уровня капилляров [13]. По мере погружения артерии утрачивают внешний слой лептоменингеальных клеток, уступающий место астроглиальной оболочке, которая становится наружной стенкой ПВР и покрывает большую часть микроциркуляторного русла мозга. Таким образом, ПВР становятся непрерывными с базальной мембраной.

Отток ИСЖ происходит двумя способами: внутримышечным (вдоль средней оболочки артерий) и периваскулярным [14]. ИСЖ и растворенные в ней вещества оттекают из паренхимы мозга вдоль базальных мембран гладкомышечных клеток в средней оболочке артерий. По пути движения часть жидкости поглощается периваскулярными макрофагами и гладкомышечными клетками. Исходя из математических моделей, предполагается, что направление оттока ИСЖ противоположно направлению движения крови по мозговым артериям [2].

Нормальные ПВР не могут быть выявлены с помощью современных методов нейровизуализации. Они становятся доступны только при увеличении. Расширение ПВР наблюдается в пожилом возрасте, но также является характерным признаком ряда заболеваний. К ним относятся метаболические и генетические нарушения, в том числе вторичная болезнь Паркинсона, рассеянный склероз, хронический алкоголизм [15].

Глимфатическая система

Изначально предполагалось, что периваскулярные пространства представляют собой самостоятельный путь дренирования жидкости, но на данный момент они рассматриваются как основной компонент глимфатической системы, или глия-ассоциированного дренажного пути.

В 2012 г. функционирование глимфатической системы было впервые визуализировано in vivo с помощью двухфотонной микроскопии у мышей. В исследовании также изучалась роль AQP4 в поступлении ЦСЖ и выведении ИСЖ из мозга у генетически модифицированных мышей, лишенных AQP4. Исходя из полученных результатов, авторы определили общемозговой путь транспорта жидкости, который был назван «глимфатической системой».

Согласно этой теории ЦСЖ поступает в мозг через ПВР, проходит в интерстиций мозга через AQP4, удаляет продукты метаболизма тканей и смешивается с ИСЖ. После очистки межклеточных пространств смесь ЦСЖ и ИСЖ поступает в периваскулярные пространства вокруг вен и выводится из ГМ [13].

AQP4 является основным белком водных каналов в ЦНС, который плотно экспрессируется в концевых ножках астроцитов и является важным фактором водного и калиевого гомеостаза. AQP4 облегчает периваскулярный приток ЦСЖ в интерстиций мозга, а также последующее выведение ИСЖ посредством конвективного объемного потока.

Компоненты глимфатической системы связаны анатомически и функционально. Существует два параллельных дренажных пути. Первый путь — периартериальный, проходящий по межмышечным пространствам в средней оболочке артерий и выполняющий функцию дренирования ИСЖ и возврата ее в ЦСЖ. Второй путь — перивенозный, осуществляющий отток смеси ЦСЖ и ИСЖ, содержащих продукты метаболизма.

J.J. Iliff и соавт. предположили, что движущими силами, поддерживающими конвективный объемный поток между периартериальным и перивенозным пространствами, являются артериальная пульсация и транспорт воды через каналы AQP4. Исследование с использованием сверхбыстрой МРТ уточняет, что сокращения сердца приводят к движению жидкости по периартериальным пространствам, в то время как колебания, обусловленные дыханием, усиливают перивенозный отток. Кроме того, предполагается, что существуют и другие факторы, влияющие на поток жидкостей [16, 17].

Функционирование лимфатической системы при глиомах

M. Deckert и соавт. [7] анализировали наличие ЛС в опухолях ЦНС: первичной лимфоме, диффузной В-крупноклеточной лимфоме и глиобластоме (ГБ). Исследование включало в себя поиск специфических маркеров: Lyve-1, PDPN, Prox-1. В первичных лимфомах ЦНС не выявили ИГХ-маркеров, характерных для ЛС; в В-крупноклеточных лимфомах были найдены только Lyve-1 и Prox-1; в ГБ — Prox-1 (70% случаев) и PDPN (10% случаев). Авторы предполагают, что PDPN усиливает рост и частоту метастазирования опухолей.

Вопрос о наличии ЛС в глиомах остается открытым. Об экспрессии Lyve-1 и Prox-1 в глиомах сообщают F.W. Meng и соавт. [18] — при том, что в нормальной ткани ГМ эти маркеры отсутствуют. Многие авторы отрицают наличие ЛС в глиомах. Так Б.Э. Гальковский и соавт. [19] при окрашивании глиом не выявили ЛС, но обнаружили единичные Prox-1-позитивные опухолевые клетки.

X. Hu и соавт. исследовали ликвородинамику и роль МЛС при опухолях ГМ [10]. Для этого авторы использовали модель мышей, которым вводили культуру опухолевых клеток ГБ и меланомы под твердую мозговую оболочку и в область полосатого тела. Обнаруженные изменения свидетельствовали о расширении и пролиферации дорсальных МЛС. При этом базальные МЛС были менее чувствительны, они подвергались трансформации только на поздних стадиях развития опухоли.

Изучая функционирование лимфатической системы при патологических состояниях, Q. Ma и соавт. [20] сообщают о снижении лимфатического оттока при глиомах. Отток ликвора ускоряется в условиях повышения внутричерепного давления, однако не совсем понятно, как изменится скорость дренирования при таком патологическом состоянии, как вазогенный отек, который встречается при ГБ. Может происходить его ускорение из-за внутричерепной гипертензии и отека мозга или же замедление из-за уменьшения продукции ликвора и/или блокирования путей оттока.

Более новое исследование также подтверждает данные о снижении эффективности клиренса глимфатической системы в присутствии глиомы, а также сообщает о нарушении оттока ликвора из обонятельных луковиц и вдоль оболочек зрительных нервов [21].

Исследование на мышах показало, что дренирование ликвора при наличии ГБ будет все же снижаться. Полученные авторами данные свидетельствуют об ингибировании нормальных путей оттока ликвора (в частности, периневральных) и увеличении его оттока вдоль спинного мозга. Авторы объясняют это тем, что растущая ГБ и связанный с ней отек сдавливают субарахноидальное пространство, что препятствует нормальной циркуляции ЦСЖ. Снижение продукции ликвора вместе с нарушением оттока способствует накоплению токсичных продуктов метаболизма, провоспалительных цитокинов и хемокинов в веществе мозга. При этом тормозится транспорт антигенов в дренирующие ЛУ, нарушая формирование противоопухолевого иммунитета. Уменьшение циркуляции ЦСЖ также снижает эффективность интракраниальной доставки лекарств. Все это создает благоприятную среду для прогрессирования ГБ [20].

M. Gao и соавт. [22] подтвердили наличие глимфатической дисфункции у пациентов с глиобластомами и злокачественными менингиомами. C.H. Toh и соавт. [23] при исследовании индекса APLS, который отражает функцию глимфатической системы, выявили, что индекс ALPS глиом II/III степени был значительно выше, чем у глиом IV степени; ALPS IDH1-мутантных глиом был значительно выше, чем у глиом дикого типа.

На решение этой проблемы направлены попытки индукции менингеального лимфангиогенеза. S. Antila и соавт. [24] показали, что VEGF-C играет важную роль в развитии ЛС. У трансгенных мышей с удаленным геном VEGF-C наблюдалось почти полное отсутствие МЛС в мозговых оболочках. В то же время мыши с отсутствующим геном VEGF-D не отличались от контрольной группы. Если ген VEGF-C подавляли уже у взрослых мышей, ЛС (в особенности менингеальные) подвергались гипоплазии. Исходя из этого, авторы сообщают, что избыток VEGF-C индуцирует менингеальный лимфангиогенез.

E. Song и соавт. [11] показали, что с помощью активации лимфангиогенеза можно управлять менингеальной лимфатической сосудистой сетью для улучшения иммунного ответа против опухолей ГМ. Для оценки эффектов усиленного лимфангиогенеза VEGF-C вводился в ликвор мышей с ГБ через большую цистерну. Авторы наблюдали ремоделирование МЛС в стоке синусов и в сагиттальных синусах. При этом целостность ГЭБ не изменялась. Мыши, получающие VEGF-C, показали более длительную выживаемость по сравнению с контрольной группой, при этом лигирование глубоких шейных ЛУ отменяло протективное действие VEGF-C.

Исследователи поясняют, что экспрессия VEGF-C способствует усиленному праймированию CD8+ T-клеток в глубоких шейных ЛУ и миграции этих лимфоцитов в опухолевую ткань. При отсутствии T-клеток VEGF-C опосредованная защита не реализовывалась. У мышей с дефицитом В-клеток противоопухолевый иммунитет сохранялся. Получающие VEGF-C и отторгнувшие опухоль мыши не реагировали на повторное заражение опухолевыми клетками, вырабатывая стойкий противоопухолевый иммунитет.

Таким образом, VEGF-C создает мощную противоопухолевую среду, которая в сочетании с усилением лимфатического дренажа и презентации антигенов способствует развитию многофункционального и стойкого Т-клеточного иммунитета против ГБ. Эти результаты показывают способность VEGF-C к повышению иммунного надзора и предлагают новый терапевтический подход к лечению опухолей ГМ.

Кроме влияния на МЛС рассматриваются возможности таргетной терапии, связанные с AQP4. Установлена взаимосвязь уровня экспрессии AQP4 и вазогенного отека, возникающего вокруг ГБ. Перитуморальный отек обусловливает появление неврологической симптоматики, значительно снижая качество жизни пациентов, и имеет важное прогностическое значение.

Перспективным средством может стать аквапорумаб — препарат моноклональных IgG-антител, блокирующих AQP4. Кроме того, сообщалось об использовании малых интерферирующих РНК, комплементарных определенным областям матричной РНК AQP4, что снижает экспрессию AQP4 и может индуцировать апоптоз опухолевых клеток [25].

Метастазирование глиом

Экстракраниальное метастазирование глиальных опухолей — казуистически редкое явление. Долгое время это связывали с наличием ГЭБ, отсутствием лимфатической системы в ЦНС, наличием твердой мозговой оболочки. Основной путь метастазирования глиальных опухолей — гематогенный, но, несмотря на это, встречаются случаи лимфогенной диссеминации. Наиболее часто метастазирование происходит в шейные ЛУ [26]. Способность к экстракраниальному метастазированию может быть связана с усиленным лимфангиогенезом в опухоли.

X. Hu и соавт. [10] считают, что МЛС способствуют метастазированию глиом. Для проверки этой гипотезы мышам вводили опухолевые клетки в большую цистерну. Максимальная инвазия опухолевых клеток наблюдалась в дорсальных МЛС, менее интенсивная — в базальных МЛС; в носовых лимфатических путях инвазия отсутствовала.

Чтобы определить, используют ли опухолевые клетки дорсальные МЛС в качестве путей дальнейшего распространения в шейные ЛУ, их вводили мышам с разрушенными путем абляции дорсальными МЛС и контрольной группе. У мышей контрольной группы частота метастазирования опухоли в шейные ЛУ составила 16,7%; у мышей с интактными дорсальными МЛС — 83,3%; у мышей с разрушенными МЛС — 23,3%. При этом метастатическому поражению подвергались преимущественно глубокие шейные ЛУ. Таким образом, ремоделирование дорсальных МЛС может способствовать проникновению опухолевых клеток и распространению их в шейные ЛУ.

Предполагается, что AQP4 может ускорить миграцию клеток глиомы, способствуя быстрым изменениям объема и формы клеток. Происходит потеря межклеточной адгезии, усиление подвижности клеток и деградация межклеточного матрикса. Потеря межклеточных контактов объясняется ремоделированием цитоскелета, которое связано с быстрой деполимеризацией и реполимеризацией актина, а также изменением потоков ионов [27].

AQP4 существует в виде двух изоформ — длинной (AQP4-M1) и более короткой (AQP4-M23). AQP4-M23 способны спонтанно собираться в супрамолекулярные комплексы, известные как ортогональные массивы частиц, а AQP4-M1 образуют тетрамеры. Если в структуре тетрамеров преобладает M1-изоформа, они становятся подвижны и способны быстро диффундировать в сторону ламеллоподий астроцитов для поддержания более быстрой миграции клеток. Напротив, более массивные и менее мобильные AQP4-M23 способствуют сохранению межклеточной адгезии. В нормальных тканях совместная экспрессия AQP4-M1 и AQP4-M23 обеспечивает баланс процессов миграции или усиления поляризации астроцитов, не вызывая изменения морфологии клеток.

На сегодняшний день известно, что экспрессия ортогональных массивов частиц AQP4 в клетках глиомы приводит не только к значительному сокращению клеток с изменением актинового цитоскелета, но и индукции апоптоза, а увеличение экспрессии AQP4-М1 еще и повышает активность металлопротеиназ, увеличивая инвазивный потенциал опухоли [28].

В последующем исследовании авторы уточняют, что идентификация AQP4 в составе внеклеточных везикул, полученных из ГБ, может использоваться для мониторинга ответа на химиотерапию [29].

Перспективным методом установления первичного диагноза глиом, а также оценки их прогрессирования и рецидивирования является анализ спинномозговой жидкости. Исследователи заметили, что у пациентов с глиомами уровень некоторых метаболитов в лимфатической жидкости ГМ был значительно выше, чем в ЦСЖ, что в будущем может использоваться как диагностический маркер глиомы [30, 31].

Заключение

Глимфатическая система — часть дренажной системы головного мозга, опосредующая поступление ликвора через пространства Вирхова—Робина в интерстиций с помощью астроцитарных AQP4-каналов с последующим дренированием ИСЖ в венозное русло. Отток ИСЖ также осуществляется вдоль средней оболочки артерий по направлению, противоположному току крови. Дренаж также реализуется через периневральные пути вдоль обонятельных нервов.

На систему циркуляции цереброспинальной жидкости и ИСЖ влияют не только физиологические, но и патологические процессы.

Выявленные рядом авторов в глиомах маркеры лимфатических сосудов свидетельствуют о процессах лимфангиогенеза, что может способствовать метастатической активности опухоли.

Дальнейшее изучение функций и способов влияния на глимфатическую систему может привести к нахождению новых точек приложения лекарственных средств и увеличить безрецидивную выживаемость пациентов с внутричерепными опухолями.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования –Митрофанова Л.Б.

Сбор и обработка материала — Гришина А.Р.

Написание текста –Гришина А.Р., Воробьева О.М.

Редактирование — Митрофанова Л.Б., Данилова И.А.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.