Для акупунктурных точек нашли анатомическую основу и рефлекторную цепь
Противовоспалительный эффект электроакупунктурной стимуляции реализуется через чувствительные нейроны, экспрессирующие белок PROKR2-Cre. С этих нейронов начинается рефлекторная цепь, продолжающаяся в ядрах блуждающего нерва и в конце высвобождающая катехоламины из надпочечников, которые обладают противовоспалительным эффектом. Как сообщается в журнале Nature, эти результаты дают более подробное объяснение нейроанатомических основ акупунктуры и пригодятся при разработке новых методов лечения.
Основная идея иглоукалывания заключается в том, что стимуляция определенных областей тела — акупунктурных точек — может влиять на процессы в других, отдаленных, частях. Традиционно предполагается, что такой эффект реализуется через гипотетические меридианные каналы, существование которых так до сих пор никому подтвердить не удалось. Однако эти эффекты пытаются объяснить с помощью соматосенсорных автономных рефлексов. По мнению ряда ученых, стимуляция рецепторов чувствительных нейронов в определенных частях тела может через рефлекторные цепи приводить к активации вегетативной нервной системы. Однако нейроанатомическая основа таких рефлексов оставалась неизученной.
Цюфу Ма (Qiufu Ma) с коллегами из Гарвардского университета и нескольких китайских институтов проверяли на мышах через какие пути электроакупунктурная стимуляция в акупунктурной точке задней конечности Цзу-сань-ли (ST36) влияет на ось «блуждающий нерв — надпочечники» и, тем самым, снижает активность воспаления. Кроме того, исследованию подверглась акупунктурная точка брюшной полости Тянь-шу (ST25), в которой электроакупунктурная стимуляция активировала спинальные симпатическими рефлексы, но противовоспалительной активности отмечено не было. Ученые предполагали, что сомато-вагусно-надпочечниковые рефлексы (ось «блуждающий нерв — надпочечники») управляются сенсорными путями, начинающимися от суставов, костей или скелетных мышц, а основной эффект стимуляции реализуется с помощью чувствительных нейронов с рецептором PROKR2-Cre, которые иннервируют глубокие ткани конечностей, но не эпидермис кожи.
Ученые генетически модифицировали мышей для лучшего изучения нейронов PROKR2-Cre. Нейроны удалось обнаружить в спинальных ганглиях, причем на уровне конечностей их обнаружилось больше, чем на уровне грудных сегментов. Кроме того, в симпатических и кишечных ганглиях и надпочечниках эти нейроны найти не удалось, а в узловатых ганглиях они встречались в минимальном количестве (р < 0,001).
Затем ученые изучали паттерны иннервации. В задней конечности волокна чувствительных нейронов PROKR2-Cre плотно иннервировали надкостницу, суставные связки и межкостную мембрану между большеберцовой и малоберцовой костями. Нейроны PROKR2-Cre составляли 38,7 процента из всех нейронов, которые вели из глубоких тканей акупунктурной точки ST36. В отличие от этого, в брюшине (в точке ST25) волокон этих нейронов ученые не обнаружили.
Для изучения функций нейронов PROKR2-Cre вывели группу генетически модифицированных мышей, у которых количество и функция этих нейронов были снижены. При электроакупунктурной стимуляции точки ST36 задней конечности у мышей из контрольной группы (с функционирующими нейронами) даже низкой силы тока (0,5 миллиампер) хватало для индуцирования экспрессии маркера активации нейронов Fos в блуждающих эфферентных нейронах заднего мозга, расположенных в дорсальных двигательных ядрах блуждающего нерва. В них же при стимуляции отмечалась экспрессия холинацетилтрансферазы. У мышей с заблокированными нейронами PROKR2-Cre такой активации нейронов не наблюдалось.
Помимо этого, известно, что стимуляция точки ST36 запускает выброс норадреналина, адреналина и дофамина из хромаффинных клеток надпочечников, которые зависят от блуждающего нерва. Этого выброса не наблюдалось в группе мышей со сниженной функцией нейронов PROKR2-Cre. Поскольку также изучено, что активация оси «блуждающий нерв-надпочечники» может подавлять системное воспаление, вызванное липополисахаридом через эффекты катехоламинов (адреналина и норадреналина) в контрольной группе мышей при стимуляции точки ST36 отмечалось снижение индукции провоспалительных цитокинов на 50 процентов и увеличение выживаемости на 40 процентов по сравнению с фиктивными стимуляциями, а в исследуемой группе мышей эти эффекты и вовсе не обнаружили.
Ранее сообщалось, что электроакупунктурная стимуляция точки ST25 брюшной полости силой тока 0,5 миллиампер не вызывает блуждающих или симпатических рефлексов и не может подавить системное воспаление. Однако в этом эксперименте ученые обнаружили как слабое (при силе тока 1 миллиампер), так и сильное (при силе тока 3 миллиампера) противовоспалительное действие независимо от эффектов блуждающего нерва. Такие эффекты электроакупунктурной стимуляции наблюдались в обеих группах мышей.
Кроме того, при силе тока 3 миллиампера стимуляция акупунктурной точки ST36 задней конечности также стимулировала спинальные симпатические рефлексы и оказывала противовоспалительное действие независимо от нейронов PROKR2-Cre. Таким образом, эти нейроны играют главенствующую роль при стимуляции низкой интенсивности в управлении противовоспалительной осью «блуждающий нерв-надпочечники» от акупунктурной точки ST36 задней конечности.
Этот вывод подтвердился и с помощью экспериментов по оптогенетическим стимуляциям нейронов PROKR2-Cre. Оптогенетическая стимуляция глубоких тканей в точке ST36 имитировала электроакупунктурную стимуляцию с силой тока 0,5 миллиампера и могла вызывать такие же противовоспалительные эффекты через активацию оси «блуждающий нерв-надпочечники».
Все эти данные позволят, по мнению авторов работы, оптимизировать методы биоэлектрической стимуляции в управлении различными вегетативными путями для лечения заболеваний. Так, если электроакупунктура может избирательно активировать определенные нейронные сети, ее можно было бы использовать для активации местных противовоспалительных механизмов в определенных частях тела — таких как артритное колено или определенные участки пищеварительного тракта у людей с хроническими воспалительными заболеваниями кишечника — без подавления всей иммунной системы и увеличения риска инфекции.
Несмотря на то, что использование акупунктуры в лечебных целях все еще вызывает множество споров из-за слабой доказательной базы, в 2016 году метаанализ показал, иглоукалывание облегчает нарушения сна у женщин в менопаузе. А в клинике Майо акупунктуру назвали эффективной при болях в спине.
Слава Гоменюк
Но увеличиться в размерах им не удалось
Американские и бразильские исследователи представили результаты наблюдений за эволюцией клеток с синтезированным искусственно минимальным геномом. За две тысячи поколений они восстановили приспособляемость к внешним условиям, но не смогли увеличиться в размерах. Статья об этом опубликована в журнале Nature. В 2010 году сотрудники Института Дж. Крейга Вентера получили первую клетку с полностью искусственным геномом. Для этого они удалили собственную ДНК у бактерии Mycoplasma mycoides и заменили ее на несколько модифицированную, синтезированную в лаборатории. Она состояла примерно из миллиона пар азотистых оснований и содержала 901 ген. Клетка получила название JCVI-syn1.0. После этого исследовали задались целью выяснить, какой минимальный набор генов необходим клетке для самостоятельного выживания и размножения, и стали снабжать клетки все более урезанными геномами. О том, как это происходило, подробно рассказывает материал «Прожиточный минимум», вышедший в 2016 году, когда была создана версия JCVI-syn3.0 с минимальным геномом, который состоял всего из 473 генов. Этого оказалось недостаточно для устойчивого размножения и удобства экспериментов, и несколько генов пришлось добавить. Текущая версия JCVI-syn3B, о которой идет речь в новой работе, содержит 493 гена. На сегодняшний день это организм с наименьшим известным геномом, способный расти в чистой лабораторной культуре. Джей Ти Леннон (J. T. Lennon) из Университета Индианы с коллегами из Института Дж. Крейга Вентера и других научных центров Бразилии и США сравнили уровень накопления мутаций у организмов с минимальным и не минимальным геномами — JCVI-syn3B и JCVI-syn1.0. Чтобы минимизировать влияние естественного отбора, их предварительно акклиматизировали в стандартной жидкой питательной среде и последовательно выращивали несколько моноклональных популяций из одной забранной клетки. Оказалось, что среднее число мутаций на нуклеотид за поколение у них практически неразличимо: 3,25 × 10−8 против 3,13 × 10−8 (p = 0,667). Это наивысший уровень накопления мутаций, когда-либо зафиксированный у клеточных организмов, что соответствует имеющимся представлениям о том, что при меньшем геноме скорость мутаций выше (а у M. mycoides она высока изначально). Общее распределение мутаций по типам (инсерции, делеции, однонуклеотидные замены) также оказалось схожим (χ22 = 4,16; p = 0,125). Однако состав однонуклеотидных мутаций, которые составляли 88 процентов от общего количества, у JCVI-syn3B и JCVI-syn1.0 был разным. В обоих типах клеток замена гуанина или цитозина на аденин или тимин происходила значительно чаще, чем наоборот, однако степень этого неравновесия была разной: в 30 раз при не минимальном геноме и в 100 раз — при минимальном. Вероятно, это связано с отсутствием у последних гена ung, отвечающего за эксцизию неверно встроенного в ДНК урацила. Выяснив это, исследователи поставили эволюционный эксперимент, пронаблюдав за 2000 поколений в популяции из более чем 10 миллионов клеток. За такой период каждый нуклеотид их генома должен был мутировать более 250 раз, что создает неограниченное генетическое разнообразие для адаптации к среде. Таким образом, при прочих равных условиях потенциальная разница в путях естественном отборе между популяциями у JCVI-syn3B и JCVI-syn1.0 обусловлена только искусственным урезанием генома. Оказалось, что изначально она приводит к снижению максимальной скорости роста примерно наполовину. Однако этот показатель растет линейно со временем, и концу эксперимента приспособляемость клеток в двух группах практически сравнялась, а если оценивать ее относительно, то клетки с минимальным геномом эволюционировали на 39 процентов быстрее, и генетические паттерны эволюционных путей у них отличались. Наиболее выраженной особенностью JCVI-syn3B стало то, что в процессе эволюции их клетки не увеличивались в размерах, что обычно происходит при достатке питательных веществ (клетки JCVI-syn1.0 за это время увеличились в среднем на 85 процентов в диаметре и десятикратно в объеме). За это отвечали эпистатические эффекты мутаций в гене ftsZ прокариотического гомолога тубулина, который регулирует деление и морфологию клетки. Полученные результаты демонстрируют, что естественный отбор способен быстро повысить приспособляемость наипростейших автономно растущих организмов, причем минимизация генома открывает возможности вовлечения в эволюционный процесс ключевых генов, которые обычно эволюционируют медленно, пишут авторы работы. В 2022 году исследовательский проект LTEE представил результаты эволюционного эксперимента с 2000 поколений кишечных палочек с различными наборами исходных признаков. Оказалось, что, хотя генетическое разнообразие имеет существенное значение на ранних стадиях приспособления, основную роль в эволюционном процессе при бесполом размножении играют случайные мутации.