Симпатическая нервная система иннервирует практически каждый орган и поддерживает тканевой гомеостаз на протяжении всей жизни. С возрастом во многих тканях, включая кожу, костный мозг, сердце и тимус, наблюдается потеря симпатической иннервации, что связывают с нарушением регенерации. Однако оставалось неясным, отражает ли эта денервация гибель самих нейронов или ухудшение состояния ткани-мишени, которая поддерживает периферические аксоны. Кроме того, половые различия в старении симпатической системы, несмотря на известный половой диморфизм в вегетативной регуляции, практически не изучались. Работа стоит на отшибе от соседних исследований: рядом лежат работы о картах возраста мозга, квантовых эффектах и клеточном старении, но прямых соседей по симпатической иннервации кожи нет.
Использовали мышей линии C57BL/6JNia в возрасте от 2 до 20 месяцев. Симпатические нервы в коже визуализировали с помощью иммуноокрашивания на тирозингидроксилазу (TH) в толстых срезах и whole-mount препаратах. Для количественной оценки применяли машинное обучение и трёхмерную реконструкцию: измеряли расстояние от нерва до фолликула и объём нерва в пределах 5 мкм от фолликула. Нейроны, проецирующиеся в кожу, метили ретроградным вирусом AAV-retro, введённым внутрикожно. Для проверки роли NGF использовали AAV с промотором Myh11, специфичным для гладких мышц arrector pili, чтобы избирательно повысить экспрессию NGF в этой нише. Половые эффекты разделяли с помощью модели Four Core Genotypes (FCG), которая разводит гонадный пол и набор половых хромосом, а также гонадэктомии в возрасте 1 месяца и химической овариэктомии VCD.
С возрастом симпатическая иннервация волосяных фолликулов снижалась у обоих полов, но у самцов значительно сильнее: к 20 месяцам около 35% фолликулов полностью теряли нерв, тогда как у самок большинство фолликулов оставались иннервированными. Выжившие терминали у старых самцов были меньше по объёму и располагались дальше от фолликулов. Ретроградное мечение показало, что число кожных симпатических нейронов в ганглиях не менялось с возрастом ни у самцов, ни у самок, а апоптоз не усиливался. Это указывает на ретракцию дистальных аксонов, а не на гибель нейронов. Гладкая мышца arrector pili дегенерировала сильнее у самцов, но многие денервированные фолликулы сохраняли мышцу, то есть структурной дегенерации недостаточно для объяснения потери нерва. Уровень NGF в коже снижался сильнее у старых самцов. Анализ опубликованных данных single-cell RNA-seq кожи человека показал, что гладкомышечные клетки у женщин с возрастом сохраняют программы нейротрофической поддержки, а у мужчин преобладают воспалительные и ремоделирующие программы. Избирательная экспрессия NGF в arrector pili у старых самцов привела к реиннервации: доля фолликулов с нормальным нервом выросла, а доля денервированных снизилась; у самок эффекта не было. Восстановление иннервации сопровождалось улучшением регенерации волос у самцов. В модели FCG старые мыши с семенниками имели значительно меньшую иннервацию, чем мыши с яичниками, независимо от хромосомного набора. Гонадэктомия в 1 месяц сгладила различия между группами, а удаление яичников у взрослых (VCD) не повлияло на иннервацию.
Работа впервые напрямую показывает, что возрастная потеря симпатической иннервации кожи — это обратимая дистальная аксонопатия, а не нейродегенерация. В отличие от соседних исследований, которые описывают старение отдельных клеточных популяций или систем, здесь объединены нейроанатомия, молекулярная биология ниши и генетика пола. Обнаружение того, что судьба аксонов зависит от состояния ткани-мишени и закладывается гонадными гормонами до полового созревания, смещает фокус с нейронов на микроокружение. Это также подкрепляет модель, в которой старение стволовых клеток, стромы и иннервации — взаимосвязанные процессы внутри единой регенеративной единицы.
Тема может развиваться в сторону выяснения молекулярных механизмов, с помощью которых ранние гонадные гормоны программируют нишу. Потребуются эксперименты с гонадэктомией на разных стадиях, временно́й гормональной заменой и тканеспецифичным нокаутом рецепторов андрогенов и эстрогенов. Также важно разделить прямой и опосредованный нервами эффект NGF на регенерацию волос. Параллельно можно исследовать, как старение разных компонентов нейроэффекторной единицы влияет друг на друга в динамике.
Результаты могут повлиять на исследования возрастной денервации в сердце, костном мозге и тимусе, где уже показана связь с нарушением функции ткани. Для регенеративной медицины открывается возможность восстанавливать иннервацию, воздействуя на нишу, а не на нейроны.
Провести гонадэктомию в разные возрастные окна и гормональную заместительную терапию, чтобы определить критический период. Сравнить эффекты NGF на регенерацию волос у мышей с избирательным удалением симпатических нервов.
Связь с нерешёнными проблемами нейробиологии старения: остаётся неизвестным, как именно ткань-мишень поддерживает аксоны и какие сигналы запускают ретракцию. Также неясно, является ли потеря симпатической иннервации причиной или следствием старения стволовых клеток. Работа показывает, что эти процессы обратимы и зависят от пола, что ставит вопрос о механизмах полового диморфизма в периферической нервной системе.
У старых самцов мышей около 35% волосяных фолликулов полностью лишены симпатического нерва, но сами нейроны в ганглиях целы — как будто провода отходят от розетки, а сама розетка остаётся под напряжением.
Идея обратимой денервации и восстановления связи между нервом и тканью перекликается с мотивом из романа Уильяма Гибсона «Нейромант», где повреждённые нейронные связи можно перепрограммировать и восстановить через воздействие на окружение.
Работа опубликована не на arXiv. Здесь её страница, PDF и формализация: проверить можно самим, а не только прочитать наш разбор.