Structure, function and genoarchitectonics of the brain’s central amygdaloid nucleus

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Центральное ядро миндалины (ЦЯ), получившее название в соответствии с топографией, которую оно занимает среди других структур миндалевидного тела (МТ) мозга, стало изучаться с середины прошлого столетия. Внимание исследователей к нему привлекли сообщения о наличии у него прямых связей с дорсальным ядром блуждающего нерва, которое причастно к регуляции вегетативных функций организма. В 1990-х гг. стало известно, что ЦЯ не является гомогенным образованием, а состоит из ряда субъядер, каждое из которых имеет особенности цитоархитектоники и нейронной организации. Детальный анализ структурно-функциональной организации ЦЯ начался только в XXI в., когда стали проводиться иммуноцитохимические и электрофизиологические исследования, а в последние годы они продолжены с помощью новых генетических технологий.

Целью обзора является систематизация данных по структурно-функциональной организации и геноархитектонике ЦЯ, учитывающих его субъядерную организацию.

Цитоархитектоника и нейронная организация субъядер центрального ядра

Представленные в статье данные характеризуют ЦЯ МТ грызунов (крыс и мышей). Предпочтение, отдаваемое исследователями, работающими с МТ, именно этим животным, объясняется особенностью устройства у них МТ, а именно: структурная организация МТ у грызунов очень удобна для проведения исследований, так как является развернутой. Многочисленные ядра, входящие в состав МТ, располагаются на большой площади, занимая всю базальную поверхность полушария, и имеют хорошо различимые границы. У животных, располагающихся на следующей филогенетической ступени (хищные), занятая ядрами МТ площадь уменьшается более чем в два раза. Это происходит за счёт того, что МТ оттесняется к медиальному углу полушария прогрессивно развивающимися филогенетически новыми структурами мозга. Это затрудняет анализ её цитоархитектоники. Такая трудность многократно увеличена у человека, структуры МТ и вентрального гиппокампа которого занимают небольшую по площади территорию полушария мозга на его медиобазальной поверхности [1, 2]. Структурная организация МТ у грызунов имеет единый план строения с МТ человека и всеми остальными позвоночными [3], поэтому эти лабораторные животные широко используются при проведении исследований в различных разделах нейробиологии.

В литературе субъядра ЦЯ получили названия на основе учёта их топографии, согласно которой различают медиальное, латеральное, промежуточное и латеро-капсулярное субъядро. Наиболее полная характеристика субъядер приведена в работе И.Г. Акмаева и соавт. [4].

Самой древней частью ЦЯ является его медиальное субъядро. В его составе описаны крупные нейроны, которые являются длинноаксонными редковетвистыми типа ретикулярных. Другие субъядра ЦЯ (промежуточное, латеральное и латеро-капсулярное), появляющиеся на более поздних этапах филогенеза, формируют своеобразную надстройку над медиальным. Это предопределяет особенности их структурной организации, а именно:

1) они построены из длинноаксонных густоветвистых нейронов, появление которых происходит на более поздних этапах филогенеза;

2) аксоны их нейронов, формирующие эфферентные волокна, следуют к другим частям МТ и мозга через медиальное субъядро.

Латеральное субъядро располагается в направлении к наружной стороне от медиального, ближе к латеральной поверхности полушария. По площади оно больше медиального и образовано компактно расположенными нейронами средних размеров, цитоплазма которых содержит мелкие глыбки хроматофильной субстанции. Особенно чётко оно определяется в каудальных 2/3 ЦЯ. Перикарионы нейронов имеют овальные и сферические формы тел, от которых отходит от трёх до пяти первичных дендритов, каждый из которых, в свою очередь, имеет от трёх до шести ветвей, густо покрытых шипиками.

Между медиальным и латеральным субъядрами в ростральных частях ЦЯ определяется небольшое по площади и ростро-каудальной протяжённости компактное скопление нейронов, которое получило название промежуточного субъядра. Оно хорошо выделяется на фоне медиального и латерального субъядер за счёт более плотной упаковки составляющих его нейронов и более интенсивной окраски тионином цитоплазмы нейронов. Дендриты по своей характеристике сходны с таковыми в медиальной части ЦЯ, т.е. слабо разветвлены и имеют большую протяжённость. Надёжно оно выявляется в мозгу мыши после введения в латеральную гипоталамическую область трейсера флуорогольда (fluorogold), который достигает этих нейронов ЦЯ [5]. Цитохимическими маркерами нейронов промежуточного субъядра являются кальций-связывающие белки — кальбиндин и кальретинин, а также тирозин-гидроксилаза и мет-энкефалин.

Медиальное, промежуточное и латеральное субъ-ядра в совокупности формируют компактное скопление нейронов, которое в нейроморфологии принято называть ядром. Латеро-капсулярное субъядро, хотя и обозначается как ядро, таковым по сути не является, так как формирующие его нейроны компактного скопления не образуют. Они располагаются между латеральным субъядром ЦЯ и продольной ассоциативной связкой, разграничивающей базолатеральную группировку структур МТ и ЦЯ. Таким образом, латеро-капсулярное субъ-ядро — это условное обозначение участка МТ между ЦЯ и латеральным базальным ядром миндалины, на территории которого происходит анализ ноцицептивных импульсов, приходящих из спинного мозга и ствола головного мозга [6].

Латеро-капсулярное субъядро граничит с латеральным субъядром ЦЯ и со скорлупой. Хотя граница между указанными образованиями нечёткая, всё же её можно различить в препаратах, окрашенных по Нисслю благодаря меньшей плотности клеток в латеро-капсулярном субъядре. В цитоархитектонических препаратах, окрашенных крезиловым фиолетовым, хорошо улавливается разнообразие форм и размеров перикарионов нейронов. Метод Гольджи выявляет в этой части два типа нейронов, из них 99% составляют шипиковые нейроны среднего размера.

Локализация субъядер ЦЯ имеет особенности на разных ростро-каудальных уровнях МТ [4]. В переднем отделе МТ располагаются промежуточное субъядро, медиальное с дифференциацией на дорсальную и вентральную части, латеро-капсулярное ядро, подразделяющееся на дорсальную и вентральную зоны. На ростральном уровне центрального отдела МТ — латеральное, медиальное (вентральная и дорсальная части) и латеро-капсулярное субъядра. На каудальном уровне центрального отдела МТ — латеральное, медиальное и латеро-капсулярное субъядра.

Нейромедиаторы и нейропептиды

Основным нейромедиатором в ЦЯ является гамма-аминомасляная кислота [7, 8]. В составе ЦЯ выявлены нейроны, способные синтезировать окись азота, который является газообразным нейромедиатором, оказывающим влияние на функциональную активность различных структур мозга [9]. О.А. Любашиной и соавт. в результате осуществления оригинальной серии исследований, основанной на сочетании традиционных гистохимических и современных электрофизиологических методов, получены приоритетные данные, впервые демонстрирующие модулирующее влияние ЦЯ на NO-синтезирующую активность клеток иннервируемых им кортикальных и субкортикальных областей центральной вегетативной нервной сети.

В ЦЯ выявлено большое количество разнообразных нейропептидов, которые содержатся в телах и отростках нервных клеток. Но если сведения о нейропептидах в работах прошлого столетия носили в основном констатирующий характер, то в современных исследованиях в силу расширения методических приемов их выполнения приводятся доказательства их функционального значения, рассматриваются механизмы участия в деятельности определённых функциональных систем [10].

Наибольший прогресс в наших знаниях о нейропептидах в ЦЯ произошёл в отношении вазопрессина и окситоцина. Раньше считалось, что их воздействие на нейроны осуществляется через кровь, куда они попадают из нейрогипофиза. Сегодня установлено, что и вазопрессин, и окситоцин, синтезируемые в нейронах паравентрикулярного и супраоптического ядер гипоталамуса, доставляются в ЦЯ аксонами нейронов указанных ядер, которые протягиваются из гипоталамической области не только к ядрам МТ, но и к ряду других структур конечного мозга [11]. Первые сведения о возможности такого транспорта нонапептидов появлялись в конце прошлого столетия на страницах журнала «Морфология» [12], но не имели прочной доказательной базы, а потому были встречены скептически. В настоящее время с помощью комплекса современных нейрогистологических методик установлено, что аксоны крупноклеточных нейросекреторных клеток достигают МТ из двух источников: внутриамигдалярной порции ядра терминальной полоски и паравентрикулярного ядра гипоталамуса [13].

Сведения о возможности синтеза в нейронах крупноклеточных нейросекреторных ядер ряда других пептидов также проливают свет на их наличие в ЦЯ, так как они могут быть доставлены по тем же аксонам, которые приносят в ЦЯ вазопрессин и окситоцин. Так, показано, что в нейронах, синтезирующих вазопрессин, колокализованы апелин [14], галанин [15], нейроэндокринные регуляторные пептиды (NERPs) [16, 17].

Связи cубъядер центрального ядра

Большее количество ходологических исследований определяют медиальное субъядро ЦЯ как центр интеграции приходящей в ЦЯ информации и основной канал её выхода из этого ядра.

Эфферентные связи медиального субъядра ЦЯ направляются к центрам ствола головного мозга: в паравентрикулярное гипоталамическое ядро, латеральную область гипоталамуса, безымянную субстанцию и ядро заднего лимба передней спайки, центральное серое вещество среднего мозга, околоручковые ядра, ретикулярное ядро покрышки моста, дорсальное ядро блуждающего нерва и ядро терминальной полоски [18–21].

Также установлено, что проекции к ростральной латеро-вентральной части продолговатого мозга, где располагаются центры, осуществляющие контроль кардиоваскулярных, респираторных, метаболических и двигательных функций, идут от различных частей конечного мозга, но самый высокий процент нейронов, являющихся источником формирования этих проекций, является ЦЯ (77%) [22]. Описаны связи медиального субъядра ЦЯ с норадренергическим центром ствола головного мозга — голубоватым ядром (nucleus caeruleus) и задним ядром шва, где локализуются нейроны, синтезирующие серотонин [23], а также с периакведуктальной областью среднего мозга [24]. Совокупность этих сведений позволила образно обозначить ЦЯ как контролёр ствола мозга [25]. Приведённые сведения позволяют понять важную роль ЦЯ в регуляции вегетативных и эндокринных реакций, являющихся неотъемлемой частью любых форм поведения.

Медиальное субъядро ЦЯ получает афферентные связи из латерального субъядра ЦЯ, ядра терминальной полоски, латерального базального ядра миндалины [26]. Кроме центров ствола головного мозга, афферентные связи у медиального субъядра ЦЯ существуют с таламусом и фронтальной корой [27].

Латеральное субъядро получает афферентные связи из таламуса и неокортекса, безымянной субстанции и парабрахиального ядра ствола мозга [28]. Эфферентные волокна выходят из ЦЯ через медиальное субъядро.

Основные функции центрального ядра

ЦЯ входит в состав функциональных систем, регулирующих разные формы социального поведения. Показано, что оно вовлечено в регуляцию вегетативных компонентов материнского агрессивного, а также полового поведения [29].

Нейроны ЦЯ входят в состав функциональной системы мозга (совместно с паравентрикулярным ядром гипоталамуса и прозрачной перегородкой), регулирующей пищевое поведение [30]. Его нарушение, проявляющееся в повышенной тяге к употреблению жирной пищи, приводит к развитию ожирения, в патогенезе которого задействована опиоидная система ЦЯ, формируемая опиоидными рецепторами типа µ.

Нейроны ЦЯ, экспрессирующие динорфин, участвуют в регуляции реакции стресса через опиоидную систему, формируемую рецепторами типа κ, при этом определяется колокализация с кортикотропин-рилизинг-фактором. Эфферентные пути из ЦЯ в гипоталамус, содержащие два указанных нейропептида, формируют контакты с норад-ренергическими нейронами. При этом показано, что если колокализованы динорфин и кортикотропин-рилизинг-фактор, формирующееся поведение на стресс у крыс характеризуется активной стратегией. Если динорфин колокализован с энкефалином, формируемое поведение на стресс характеризуется пассивной стратегией [31].

Результаты исследований, выполненных традиционными нейрофизиологическими методами (регистрация поведения, введение агонистов и антагонистов рецепторов типа µ и ∆), выявили роль энкефалин-экспрессирующих нейронов ЦЯ в механизмах формирования повышенной тревожности и страха [32].

Использование современных генетических технологий для уточнения вовлечения ЦЯ в контроль состояний тревоги и страха, вероятно, из-за методических трудностей привело к противоречивым данным. Так, в экспериментах на мышах с нокаутом гена препроэнкефалина зарегистрировано повышение уровня тревожности, которая была выявлена по результатам поведения крыс в приподнятом крестообразном лабиринте, в открытом поле, с использованием установки светлой — тёмной камеры и теста на принудительное плавание [33]. Реакцию нейронов ЦЯ эти авторы выявляли с помощью реакции c-Fos. К иным результатам привёл другой эксперимент, в котором экспрессия гена энкефалина блокировалась РНК-интерференцией (рибонуклеиновая кислота) с помощью ShRNA (small hairpin RNA — малые РНК, образующие шпильки [34]). В этом эксперименте исследователи отметили анксиолитический эффект. Авторы пришли к выводу, что вопрос об участии энкефалин-экспрессирующих нейронов ЦЯ в формировании тревожности и страха требует продолжения исследований.

Установлено, что ЦЯ вовлечено в процессы подкрепления и вознаграждения [35]. Показано, что острая доза этанола повышает c-Fos: иммунореактивность энкефалин-экспрессирующих нейронов и высокие уровни энкефалина в ЦЯ рассматриваются как предикторы предрасположенности к развитию алкоголизма [36].

По мнению ряда авторов, ЦЯ МТ является удобным объектом для исследования механизмов развития хронического алкоголизма, так как представляет собой такой центр мозга, который вовлекается в реализацию стресс-реакций, при этом формируемые нейрохимические сдвиги в его пептидергической и катехоламиноергической системах свидетельствуют о развитии аддиктивных расстройств. При этом показано, что энкефалин играет определённую роль на ранних стадиях аддиктивного цикла и в инициации зависимости, а кортикотропин-рилизинг-фактор — в рецидивах [37].

Геноархитектоника

Внедрение генетических технологий в морфологию позволяет получить новые данные по её малоизученному разделу — филогенезу (путём проведения сравнительных исследований у различных представителей животного мира) и онтогенезу мозга (изучением с помощью регистрации экспрессии генов, транскрипционных факторов или сигнальных молекул ранних этапов эмбриогенеза).

Главной линией генетических исследований конечного мозга является решение вопроса об источниках формирования структур мозга, а именно: являются ли они производными паллиума (плаща, покрывающего поверхность мозга) или субпаллиума. Показано, что экспрессия генов Dlx-2 и Nkx-2.1 происходит в субпаллиуме, в то время как Pax-6, Tbr-1 и Emx-1 — в паллиуме. Обнаружение экспрессии этих генов в структурах мозга позволяет обнаружить, производными паллиума или субпаллиума они являются.

Основательной работой, в которой проведён анализ накопленных на сегодняшний день сведений литературы по геноархитектонике СЕ, является обзорная статья M. García-López и соавт. [38]. В ней проведён анализ ключевых регуляторных генов, экспрессия которых происходит в субпаллиуме и паллиуме (Dlx5, Nkx2.1, Lhx6, Lhx7/8, Lhx9, Shh, Gbx1) мозга мыши на разных сроках эмбриогенеза и до 7-го дня постнатального периода. Параллельно иммуногистохимически выявлялись кальбиндин, холин- ацетилтрансфераза, нейропептид Y и соматостатин.

Полученные результаты показали, что ЦЯ формируется из субпаллиальных источников, а именно из стриатального и паллидального отделов латерального ганглиозного возвышения, в котором происходит экспрессия таких генов, как Dlx1/2/5. Своеобразным маркером ЦЯ является ген Dlx5. Кроме того, в ЦЯ и других производных стриатального подразделения субпаллиума определяется экспрессия гена Lmo4 из группы LIM-генов.

Нейрогенез медиального субъядра ЦЯ происходит с участием медиального ганглиозного возвышения и осуществляется путём миграции нейронов из его участка, получившего название передней педункулярной области. При этом показано, что мигрирующие нейроны дают положительную реакцию на соматостатин [39].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, представлены сведения об основных функциях ЦЯ, включая регуляцию различных форм социального и пищевого поведения, вовлечения в состав функциональных систем подкрепления. Результаты генетических исследований свидетельствуют о том, что ЦЯ является производным стриатального подразделения латерального ганглиозного бугра, в формировании которого ведущую роль играет экспрессия генов Dlx5 и Lmo4.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ / ADDITIONAL INFO

Источник финансирования. Автор заявляет об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Автор декларирует отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Вклад авторов. Автор подтверждает соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (автор внёс существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочёл и одобрил финальную версию перед публикацией).

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Competing interests. The author declares that he has no competing interests.

Author contribution. The author confirms the compliance of his authorship, according to international ICMJE criteria (the author made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published).

About the authors

Azat V. Akhmadeev

Author for correspondence.
Email: mpha@ufanet.ru
ORCID iD: 0000-0003-1316-7638
SPIN-code: 8091-7392

MD, Dr. Sci. (Med.), Associate Professor

References

Supplementary files