НЕЙРОХИМИЯ, 2014, том 31, № 2, с. 99-105
ОБЗОРЫ
УДК 577.115;577.115.3;577.125.3
ИЗМЕНЕНИЕ ЛИПИДНОГО СОСТАВА МОЗГА НА РАННИХ ЭТАПАХ ОНТОГЕНЕЗА © 2014 г. О. В. Галкина*, Ф. Е. Путилина, Н. Д. Ещенко
Кафедра биохимии Санкт-Петербургского государственного университета
Обзорная статья посвящена особенностям липидного состава и роли липидов в нервной системе в процессе развития. Каждый этап в развитии головного мозга характеризуется наиболее интенсивным образованием определенной группы липидов, что свидетельствует об участии данного класса в формировании клеток и выполнении ими специфических функций. Помимо липидов большое внимание уделено изменениям в составе и аккумуляции их важнейшего компонента — жирных кислот.
Ключевые слова: липиды, жирные кислоты, нервная система, головной мозг, развитие.
DOI: 10.7868/S1027813314020046
В настоящее время важная роль липидов в нервной ткани ни у кого не вызывает сомнений. Бурное исследование качественного и количественного состава липидов различных тканей, в том числе и мозга, пришлось на 60—70 гг. прошлого столетия. По мере накопления сведений о ли-пидном составе и интенсивности липидного метаболизма интерес к ним несколько снизился. Однако в последнее время с развитием методической базы и аналитических технологий это направление биохимии получило новое развитие в виде "липидомики", которая включает в себя полную характеристику молекулярных видов ли-пидов и, особенно, изучение их биологической роли [1].
Действительно, практически каждый класс липидов имеет весьма специфические функции, не зависящие от их участия в построении мембран или использования как источника энергии. Например, они участвуют в контроле транскрипции и трансляции, передаче клеточных сигналов, межклеточных взаимодействиях.
Тот факт, что самое большое количество липи-дов и наибольшее их разнообразие присуще самому высокоорганизованному органу — головному мозгу — говорит об исключительном значении этих соединений для выполнения специфических функций нервной ткани. Многочисленные сигнальные пути, в которых принимают участие соединения липидной природы, регулируют клеточную дифференцировку и участвуют в синаптиче-ской передаче. Один из основных механизмов изменения активности нейрональных рецепторов
*Адресат для корреспонденции: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9; e-mail: galkina@bio.spbu.ru.
и действия трофических факторов — модификация белков липидами (жирными кислотами, изопре-ноидами и др.).
Известно, что на долю липидов во взрослом мозге приходится 45—50% сухого веса [2, 3]. Ли-пиды входят в структуру всех мембранных образований; наиболее специфичное из них — миели-новые оболочки, в которых содержание липидов еще выше: оно достигает 80% сухого веса миелина. Кроме того, для мембран центральной нервной системы (ЦНС) характерно также наибольшее структурное разнообразие липидов по сравнению с мембранами других органов, которое заключается, прежде всего, в наличии большого количества молекулярных видов фосфолипидов (ФЛ). Помимо глицерофосфолипидов, составляющих основу биологических мембран всех тканей, в мозгу присутствуют специфические липи-ды — цереброзиды, сульфатиды, глобозиды, ган-глиозиды, количество которых, а также структурное разнообразие характерно только для этой ткани. Из минорных липидов следует отметить глицерофосфолипиды, содержащие простую эфирную связь в положении 8И-1. Это — алкенил-ацил-глицерофосфолипиды и алкил-ацетил-гли-церофосфолипиды. Первые представлены в мозге плазмалогенами, в то время как вторые — фактором активации тромбоцитов и его аналогами. Нейрональные мембраны содержат довольно много плазмалогенов и эти соединения играют значительную роль в их функционировании [4, 5]. Протяженность плазматической мембраны клеток головного мозга (в особенности нейронов и олигодендроцитов) может играть существенную роль в обогащении липидами этого органа и их разнообразии. Кроме этого, различные регионы,
и даже субклеточные структуры мозга могут довольно существенно отличаться друг от друга по липидному составу [6]. Таким образом, существуют еще и региональные различия. Обращает на себя внимание и необычный жирнокислотный состав; в частности, среди жирных кислот мозга много длинноцепочечных и полиненасыщенных [7, 8]. Содержание холестерина также необычайно высоко в нейрональных мембранах. Значение этого липида в мозге подчеркивается жесткой регуляцией его уровня, а также участием в создании структуры рафтов, синтезе жизненно важных сигнальных молекул [9].
Развитие нервной системы зависит от точной последовательности событий в клетке на ранних эмбриональных стадиях, включающих деление клеток, их дифференцировку, миграцию нейроб-ластов, дальнейшую дифференциацию нейронов и глиальных клеток, рост аксонов, формирование синапсов и миелинизацию. Липидный состав мозга, интенсивность метаболизма отдельных представителей липидов сильно варьируют в процессе пре- и постнатального развития ЦНС, что свидетельствует об участии данного класса соединений в формировании клеток и их органелл.
По мере развития мозга, в ходе пролиферации и созревания его клеток, образования миелино-вых оболочек и синапсов, происходит накопление суммарных липидов, причем интенсивность липогенеза заметно изменяется при переходе от одной стадии развития к другой [6, 10—12]. Накопление суммарных липидов в мозге крыс происходит неравномерно: наиболее интенсивный липогенез наблюдается в первые 20—25 дней постнатального развития, достигая максимума на 14—16 день. Так, в период с 1-го по 10-й день пост-натальной жизни в мозге ежедневно образуется в среднем по 2.18 мг липидов, с 10-го по 20-й день — по 4.24 мг. Затем процесс биосинтеза липидов несколько замедляется и с 20-го по 30-й день накапливается в среднем по 2 мг липидов в день [13]. Об этом свидетельствуют также данные, полученные при анализе активности ферментов липогенеза в мозге в разные периоды постнатального развития [10, 14-16].
Процентное содержание общих липидов в сухом остатке достигает дефинитивных значений уже к 20-му дню и далее изменяется мало, хотя липогенез в период с 20-го по 30-й день в мозге крыс еще довольно интенсивен [13]. Следует учесть, что в этот период мозг продолжает расти, увеличивается общее количество белка, причем биосинтез белка идет более высокими темпами, чем образование липидов и, следовательно, несколько меняется соотношение этих основных классов веществ в сухом остатке ткани [17].
Каждый этап в развитии головного мозга характеризуется наиболее интенсивным образова-
нием определенной группы липидов. Процесс накопления специфических липидов миелина (цереброзиды, сульфатиды, сфингомиелин, три-фосфоинозитиды) имеет явно выраженный пик в период с 12-го по 18-й день постнатального развития, что соответствует времени наиболее интенсивной миелинизации в мозге крыс [18, 19]. При этом наиболее интенсивно в мозге крыс нарастает уровень основных липидов миелина — це-реброзидов и сульфатидов - за две недели пост-натальной жизни примерно в 17 раз [20]. Содержание сфингомиелина и фосфатидной кислоты, которые наряду с цереброзидами и холестерином относятся к липидам миелиновых мембран, увеличивается в 6.0 и 5.3 раза соответственно при сравнении мозга новорожденных с мозгом взрослых животных. Тот факт, что в головном мозге новорожденных животных показано низкое содержание этих липидов, хорошо согласуется с их локализацией в структуре, образующейся постнатально.
Количество суммарных фосфолипидов в мозге новорожденных животных, напротив, достаточно велико (20—30% от содержания у взрослых) и далее равномерно увеличивается, достигая показателей, характерных для взрослого мозга, к концу первого месяца жизни (28-35-й день) [19, 21]. Такое изменение синтеза фосфолипидов отражает пролиферацию всех типов клеток мозга и общее увеличение его размеров с возрастом. Можно отметить ряд особенностей накопления индивидуальных представителей фосфолипидов. Количество фосфатидилэтаноламина и фосфатидилхо-лина в мозге 7-дневных животных составляет уже более 50% дефинитивного уровня. В ходе дальнейшего постнатального развития содержание этих фосфолипидов увеличивается примерно вдвое; их накопление не приурочено к образованию какой-либо специализированной мембранной структуры [3]. В первые десять дней жизни увеличивается содержание монофосфоинозити-дов, преимущественно характерных для серого вещества [19].
Уже к третьему дню постнатальной жизни крыс уровень ганглиозидов, локализующихся в основном в нейрональных мембранах, достаточно высок и достигает примерно четверти от содержания во взрослом мозге. К концу первого месяца жизни животных количество ганглиозидов повышается почти в 3 раза по сравнению с тем, что было в мозге 3-дневных крыс. При этом по мере развития головного мозга крыс меняется фракционный состав ганглиозидов: увеличивается относительное содержание моно- и трисиало-ганглиозидов и уменьшается содержание дисиа-логанглиозидов [2, 22]. Изменения в составе ганглиозидов носят видоспецифический характер. В мозге человека во время процессов пролиферации и миграции, которые происходят между 8 и 25 неделями беременности, предшественники
нейрональных и глиальных клеток преимущественно синтезируют ганглиозиды GD3 и GM3. GT1b также обнаруживается в высокой концентрации в течение этого периода (около 40% от общего числа ганглиозидов). GM1, GD1a, GD1b и GT1b интенсивно аккумулируются в течение периода синаптогенеза, который происходит в третьем триместре беременности, после этого GM1 и GM4 накапливаются также на ранних стадиях миелинизации [см. обзор 23]. Общее количество ганглиозидов в мозге человека увеличивается примерно в 2—3 раза между эмбриональным и постэмбриональным периодами, а содержание индивидуальных ганглиозидов, таких как, например, GM1 и GD1 может увеличиваться от 12 до 15 раз. Основными в период раннего развития головного мозга, видимо, являются GM3, GD3 и ганглиозиды GD3, у которых отсутствует гексоза-миновый остаток [24]. Во взрослом мозге эти ган-глиозиды присутствуют в незначительных количествах и в определенных областях. Такой
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.