Бактериальные инфекции у беременной женщины вызывают аномальную пролиферацию нейронов в головном мозге плода

Ученые из Детского Исследовательского Госпиталя Св. Иуды (St. Jude Children's Research Hospital, США) обнаружили, что фрагменты клеточной стенки бактерий проникают через плаценту и попадают внутрь развивающихся нейронов, изменяя анатомию головного мозга плода и его когнитивные функции после рождения. Результаты исследования были опубликованы в журнале Cell Host & Microbe.

Результаты исследования, полученные на экспериментальной модели, дают представления о возможном механизме, который может лежать в основе взаимосвязи между бактериальным инфекционным заболеванием, переносимым женщиной во время беременности, и повышенным риском развития аутизма, а также других когнитивных нарушений у детей. Кроме того, в настоящий момент не понятно, какие антибиотики следует назначать беременной женщине для лечения бактериальных инфекций.

По словам одного из авторов исследования, доктора Элейн Туоманен (Elaine Tuomanen), руководителя кафедры инфекционных болезней в Детском Исследовательском Госпитале Св. Иуды, результаты оказались неожиданными для ученых, поскольку пневмококковые инфекции у детей и взрослых могут привести к менингиту и гибели нейронов. «Это исследование, проведенное на модели бактериальной инфекции у мышей, показало, что во время внутриутробного периода справедливо обратное заключение. Доказательства свидетельствуют в пользу того, что инфекционные заболевания матери активируют сигнальные пути в организме плода, приводящие к пролиферации и реорганизации нейронов в развивающемся головном мозге. Эти нейроны обладают в некотором роде аномальными характеристиками, возможно, из-за того, что они начинают очень близко располагаться друг к другу», – говорит Туоманен.

Исследователи впервые показали, что фрагменты бактериальной клеточной стенки проникают через плаценту и попадают в головной мозг плода, вызывая пролиферацию незрелых нейронов. Полученные данные позволяют предположить, что пролиферация происходит вследствие активации ранее неописанного сигнального пути, который включает в себя врожденную иммунную систему и белок, регулирующий экспрессию генов.

Пролиферация привела к увеличению количества нейронов на 50% в области развивающегося головного мозга, которая впоследствии превращается в кору головного мозга, отвечающую за мысли, действия и другие высшие психические функции.

Результаты исследования также продемонстрировали, что мыши, которые подверглись воздействию клеточной стенки бактерий на ранних стадиях развития, позднее показали более низкие результаты при проведении тестов по оценке памяти и когнитивных функций. Исследователи также показали, что лечение инфекционного заболевания матери с помощью антибиотика ампициллина, уничтожающего бактерии и позволяющего фрагментам клеточной стенки проникнуть в кровь, вызывает аналогичные изменения нейронов.

По мнению Туоманен, необходимо установить, какую группу антибиотиков следует использовать для лечения бактериальных инфекций во время беременности. «Результаты этого исследования показали, что широко используемая группа антибиотиков, вызывающая разрушение бактерии и высвобождение ее клеточной стенки, в частности, ампициллин, может привести к изменениям в развивающемся головном мозге. Подобные изменения не наблюдались у мышей, которым вводили такие антибиотики, как клиндамицин, уничтожающий бактерии без высвобождения их клеточной стенки», – говорит ученый.

«Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы оценить долгосрочное воздействие различных групп антибиотиков на исходы беременности», – комментирует Туоманен.

Работая на клеточных культурах и на мышах, исследователи показали, как фрагменты пневмококковой клеточной стенки связываются с рецептором фактора активации тромбоцитов (platelet activating factor receptor, PAFr), что приводит к их транспорту через плаценту и последующему распространению в головной мозг плода.

Там вместо того, чтобы вызвать воспаление и гибель клеток, в течение нескольких часов бактериальная клеточная стенка переключила экспрессию белка FoxG1. Белок FoxG1 является фактором транскрипции, который управляет пролиферацией нейронов. Пролиферация нейронов наблюдалась на раннем этапе беременности в глубоко расположенной области головного мозга, называемой желудочковой зоной. В течение нескольких дней исследователи наблюдали пятидесятипроцентное увеличение числа нейронов кортикальной пластинки, которая затем превращается в кору головного мозга.

Результаты исследования также показали, что компонент врожденной иммунной системы играет ключевую роль в стимулировании пролиферации клеток. Толл-подобный рецептор 2 (toll-like receptor, 2TLR2) помогает клеткам распознавать и защищаться от бактерий. На основании полученных данных можно предположить, что TLR2 взаимодействует с родственным белком TLR6, вызывая пролиферацию клеток в ответ на появление клеточной стенки бактерий. В отсутствие белка TLR2 незрелые эмбриональные нейроны не пролиферируют.

«Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы понять, как сигналинг со стороны клеточной стенки бактерий индуцирует пролиферацию через только что выявленный сигнальный путь, который связывает рецептор TLR2 с фактором транскрипции FoxG1, что проводит к пролиферации нейронов у плода. Этот же механизм может привести к разработке новых стратегий восстановления или замены нейронов, утраченных в результате заболевания или травмы», – говорит Туоманен.

(Слева направо) Доктор Элейн Туоманен (Elaine Tuomanen), руководитель кафедры инфекционных болезней в Детском Исследовательском Госпитале Св. Иуды, и Бет Манн (Beth Mann), один из авторов нового исследования (фото: St. Jude Children's Research Hospital / Seth Dixon)

По материалам St. Jude Children's Research Hospital

Оригинальная статья:
Jessica Humann, Beth Mann, Geli Gao, Philip Moresco, Joseph Ramahi, Lip Nam Loh, Arden Farr, Yunming Hu, Kelly Durick-Eder, Sophie A. Fillon, Richard J. Smeyne, Elaine I. Tuomanen. Bacterial Peptidoglycan Transverses the Placenta to Induce Fetal Neuroproliferation and Aberrant Postnatal Behavior. Cell Host & Microbe, 2016; 19 (3): 388 DOI: 10.1016/j.chom.2016.02.009