Аксональный транспорт. 
Нервная система: анатомия, физиология, нейрофармакология

Ранее, чем было установлено, что отростки нейрона способны передавать электрические сигналы от клетки к клетке, ученые-нейрофизиологи пришли к выводу, что по аксону, как, но своеобразной тонкой «трубке», могут транспортироваться какие-то вещества, необходимые клетке для ее жизнедеятельности. Большинство ученых считало, что этот транспорт представляет собой диффузию, т. е. распространение веществ из места, где этого вещества больше, в место, где этого вещества меньше. Однако доказать, что транспорт веществ по аксону (аксональный транспорт) существует, удалось только к середине XX в. Пауль Вейсе перевязал аксон у живого нейрона и через некоторое время обнаружил, что аксон набух выше места перевязки. Несколько позднее образовалось и второе накопление — ниже места перевязки. Если нить, которой был перевязан аксон, удалить, то набухания вскоре исчезали (рис. 8.20).

Затем вместо перевязки использовали пережатие и местное охлаждение аксона. Эти методы дали сходные результаты, а повреждения аксона были гораздо меньшими.

Для определения скорости аксонального транспорта была использована радиоактивно меченая аминокислота — лейцин, которую вводили в тела двигательных нейронов в передних рогах СМ, а затем прослеживали специальными счетчиками скорость продвижения метки по аксону. Оказалось, что скорость движения молекул аминокислоты по аксону составляет 200—400 мм/сут., и эта скорость одинакова в аксонах и млекопитающих, и птиц, т. е. животных с постоянной температурой тела. Но во вздутиях около места перевязки аксона были обнаружены не только аминокислоты, но и митохондрии, пузырьки с медиаторами, множество белков, в том числе и ферментов. Оказалось, что для «центробежного» транспорта, т. е. движения веществ от тела клетки к синапсу, характерны три скорости движения, и кроме указанной скорости (200—400 мм/сут.), может быть скорость 50 мм/сут., характерная для транспорта митохондрий, и около 5 мм/сут., характерная для перемещения белковых молекул. Обратный транспорт (от синапса к телу нейрона) называется ретроградным, и для него характерна только одна скорость движения — 200 мм/сут.

Рис. 8.20. Аксональный транспорт:

а — перевязка аксона; б — образование вздутий; в — снятие перевязки Аксональный транспорт очень важен для клетки, и в случае его прекращения нейрон очень быстро погибает из-за нехватки тех или иных компонентов для обеспечения обмена веществ. Интересно, что электрическая активность аксона, т. е. количество проводимых по мембране аксона импульсов, не влияет на скорость аксонального транспорта, хотя количество переносимых по аксону веществ различной природы при интенсивной электрической активности увеличивается. Активный аксональный транспорт найден также и в дендритах нейронов.

За счет каких процессов реализуется активный аксональный транспорт? Оказывается, вдоль аксонов протянуты микротрубочки, выполняющие роль «рельсов», или дорожек. По этим микротрубочкам, взаимодействуя с ними, могут двигаться специальные белки — «молекулярные моторы». Таких молекулярных моторов в клетках найдено уже около 50 разновидностей, но главным мотором центробежного быстрого аксонального транспорта является белок кинезин, впервые обнаруженный в аксоне кальмара. Кинезин присоединяет к себе переносимую частицу (молекулу, митохондрию, пузырек с веществом) и взаимодействует с молекулой АТФ, после чего структура молекулы кинезина меняется, и он делает «шаг» по направляющим белковым трубочкам. Эта операция повторяется множество раз до тех пор, пока груз не будет доставлен в синаптическое окончание (рис. 8.21).

Рис. 8.21. Аксональный транспорт при помощи кинезина:

стрелка указывает направление транспорта На все эти процессы требуются затраты универсального клеточного источника энергии — АТФ. Если заблокировать клеточное дыхание такими ядами, как цианиды или динитрофенол, и таким образом резко уменьшить уровень АТФ в клетке, — аксональный транспорт быстро прекращается. Кроме АТФ для нормальной работы молекул-транспортеров необходимо присутствие ионов Са²⁺.

Ретроградный транспорт по аксону обеспечивается другим молекулярным мотором — динеином, принципы работы которого сходны с работой кинезина.

Иногда аксональный транспорт становится причиной опасных болезней человека. Например, вирусы полиомиелита, герпеса, столбняка, попадая в организм человека, при повреждении периферических тканей, например кожи, проникают в аксон и ретроградным транспортом перемещаются в ЦНС, приводя к заболеванию. Но еще опаснее прекращение аксонального транспорта. Например, нехватка в пищевом рационе витамина В, содержащегося в большом количестве в оболочках семян зерновых растений, является причиной болезни, называемой полиневритом. При полиневрите, который исторически нызывают «бери-бери», страдает иннервация мышц рук и ног, наблюдается уменьшение этих мышц, их судороги, параличи и разрушение.

Установлено, что яд колхицин, выделенный из растения с названием «безвременник осенний», способен разрушать микротрубочки, служащие «рельсами», и, таким образом, блокировать аксональный транспорт.

При лечении многих онкологических заболеваний врачи вынуждены применять очень токсичную химиотерапию, вводя больным для торможения деления раковых клеток два вещества, выделяемых из барвинка. Эти вещества (винкристин и винбластин) помимо терапевтического эффекта препятствуют сборке путей для аксонального транспорта. В результате снижения аксоплазматического транспорта нейроны постепенно утрачивают разрушающиеся аксоны, что приводит к онемению пальцев рук и ног, слабости, потере чувствительности. После прекращения лечения восстановление нервных волокон происходит в течение многих месяцев.