Нейродегенерация коз и людей

Козы, бодающиеся головой, наносят себе черепно-мозговую травму

K Fizzano (К. Фиццано), Университет штата Миссисипи, AS Oyadeyi (А.С. Оядейи), NL Ackermans (Н.Л. Аккерманс), Университет Алабамы, США, и еще 13 специалистов, "Козы, бодающие себя головой, наносят себе черепно-мозговую травму", bioRxiv, July 01, 2026.

ВВЕДЕНИЕ
Нейродегенерация — прогрессирующий и необратимый процесс, характеризующийся структурным и функциональным ухудшением состояния нейронов. Нейродегенеративные заболевания (НДЗ) включают черепно-мозговую травму (ЧМТ), болезнь Альцгеймера (БА), болезнь Паркинсона, лобно-височную деменцию и хроническую травматическую энцефалопатию (ХТЭ) и являются основной причиной заболеваемости и смертности во всем мире. Однократная травма головы может почти вдвое увеличить риск развития деменции по сравнению с фоновым риском, что делает черепно-мозговую травму (ЧМТ) важным фактором риска нейродегенеративных заболеваний (НДЗ), при этом по меньшей мере 3% случаев деменции связаны с ЧМТ, и имеются данные о более высоком риске среди спортсменов, занимающихся контактными видами спорта. Например, сообщается, что по меньшей мере 17% случаев повторяющихся ЧМТ приводят к развитию НДЗ, таких как хроническая травматическая энцефалопатия (ХТЭ) у боксеров, хотя в действительности этот показатель для спортсменов с повторяющимися ЧМТ, вероятно, намного выше, поскольку он не был явно измерен.

В настоящее время современная диагностика нейродегенеративных заболеваний основана на сочетании биомаркеров в биологических жидкостях и тканях, а также на нейроповеденческих оценках. Для характеристики нейродегенеративных заболеваний появились методы визуализации, включая молекулярную позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) для выявления ассоциированных биомаркеров и магнитно-резонансную томографию (МРТ) для оценки связанных с заболеванием анатомических изменений. Иммуногистохимия используется для подтверждения диагноза посмертно путем картирования патологической степени заболевания. Однако диагностика затруднена, и для улучшения выявления заболевания и лечения, особенно на ранних стадиях, необходимы биомаркеры нейродегенеративных заболеваний.

Биомаркеры нейродегенерации
Тау-белок — это белок, который способствует структурной жесткости микротрубочек в аксонах. После черепно-мозговой травмы (ЧМТ) повреждение нейронов приводит к внутриклеточному высвобождению тау-белка, и как общий тау-белок (tTau), так и фосфорилированный тау-белок (pTau) обнаруживаются в повышенных концентрациях в спинномозговой жидкости (СМЖ), крови, слюне и тканях головного мозга, даже в течение многих лет после однократной ЧМТ. Бета-амилоид 42 (A42) также может обнаруживаться в сниженных концентрациях после ЧМТ и может коррелировать с клиническими исходами. Таким образом, тау-белок и бета-амилоид используются в качестве биомаркеров как в жидкостях, так и в тканях, особенно в связи с мониторингом развития нейродегенеративных заболеваний.

Трудности в переносе распространенных лабораторных моделей
Несмотря на то, что крысы и мыши являются наиболее широко используемыми лабораторными модельными видами благодаря возможности генетической манипуляции, хорошо изученной нейроанатомии и экономической эффективности, связанные с нейродегенеративными заболеваниями протеинопатии в естественных условиях не встречаются у этих грызунов. Грызуны не способны развивать полный спектр нейропатологических признаков, подобных человеческим, даже после повторных или тяжелых травм, из-за более короткой продолжительности жизни и потому, что естественный процесс старения у грызунов не включает образование амилоидных бляшек.

Аргументы в пользу увеличения разнообразия животных моделей
ЧМТ встречается не только у людей. Для расширения разнообразия моделей можно рассмотреть изучение различных модельных видов в лаборатории, а также получить лучшее понимание повреждений головного мозга в естественном контексте.

Известно, что у крупных модельных животных, таких как овцы и козы, естественным образом образуются амилоидные бляшки и клубки фосфорилированного тау-белка, а также они использовались в качестве экспериментальных моделей нейродегенеративных заболеваний с экспериментально индуцированной черепно-мозговой травмой. Овцы были проверены в исследованиях когнитивных функций и могут предложить пути для лучшего понимания когнитивного снижения, связанного с нейродегенеративными заболеваниями. По сравнению с грызунами, извилистый мозг козы по размеру и строению больше похож на человеческий мозг, с умеренным развитием нервной системы относительно размера и значительной долей белого вещества в головном мозге (25–30%), что делает вероятным наличие у них паттернов аксонального растяжения и повреждения от сдвига, сходных с теми, которые наблюдаются при черепно-мозговой травме у человека, особенно при воздействии вращательных сил.

Кроме того, у коз хорошо развито мозолистое тело, что позволяет проводить межвидовые сравнения аксональной патологии, включая утечку биомаркеров и гистопатологическую оценку целостности цитоскелета. Кроме того, у коз могут накапливаться многие биомаркеры, обычно используемые для выявления острой или хронической черепно-мозговой травмы у людей, поскольку маркеры тау-белка, бета-амилоида, TDP-43, S100B, NSE, GFAP, Iba1, NeuN, коллагена IV, MAP2 и других были обнаружены в тканях мозга, спинномозговой жидкости и плазме коз. Хотя козы и овцы не являются идентичными видами, они имеют сходства, которые позволяют использовать результаты исследований одного вида для изучения другого.

Помимо анатомического и молекулярного сходства с людьми, модели овец и коз обладают важным преимуществом перед любой другой моделью: возможностью вызывать повреждение собственного мозга посредством естественного поведения, связанного с ударами головой.

Наша группа первой обнаружила хроническую патологию черепно-мозговой травмы в тканях мозга диких толсторогих овец и мускусных быков, видов, которые ранее считались полностью устойчивыми к черепно-мозговой травме, вызванной многократными ударами головой. Тяжесть патологии у этих видов указывает на то, что другие виды крупного рогатого скота, склонные к ударам головой, такие как домашние козы, вероятно, также накапливают нейродегенеративные изменения в результате многократных ударов головой. Поэтому в настоящем исследовании изучалось, вызывает ли естественное поведение коз, связанное с ударами головой, повреждение головного мозга путем измерения продольных клинических маркеров заболевания и подтверждения с помощью посмертной диагностики.

Изучение черепно-мозговой травмы, полученной в результате ударов головой, может быть наиболее близким на сегодняшний день способом воспроизведения развития сложной патологии, вызванной черепно-мозговой травмой в реальных условиях. Важно отметить, что модель ударов головой у коз предоставляет возможность восполнить два важных пробела в исследованиях, позволяя изучать ранние стадии заболевания и долгосрочное развитие заболевания от молодых до старых особей. Это связано с тем, что удары головой позволяют избежать артефактов, традиционно связанных с экспериментально индуцированной черепно-мозговой травмой, таких как хирургическое вмешательство, анестезия и краткосрочные конечные точки.

ОБСУЖДЕНИЕ
В течение 6 месяцев мы наблюдали за козами, свободно бодающимися головой, и обнаружили множество маркеров нейродегенерации как во время эксперимента, так и посмертно.
Гиперфосфорилированный нейрональный тау-белок наблюдался в префронтальной коре всех коз, наряду с реактивными астроцитами VP в патологических конформациях. Кроме того, уровни A42, GFAP и NF-M в спинномозговой жидкости наших коз выходили за пределы здорового диапазона для человека, что указывает на повышенное накопление амилоидного белка, глиоз и повреждение аксонов.
Хотя поведение оставалось стабильным на протяжении всего эксперимента, каждая коза получала около 200 ударов головой в день, накопив более 5000 ударов головой каждая, что делает это исследование первым, в котором непосредственно количественно оценивается частота ударов головой у любого животного.

В целом, наши результаты подтверждают новую идею о том, что козы наносят себе повреждения головного мозга ударами головой, что было измерено с помощью анализа биомаркеров и гистопатологии. Козы и другие домашние бычки, склонные к боданию головой, вероятно, сталкиваются с аналогичным компромиссом, что и их дикие сородичи, балансируя между репродуктивным успехом и хроническим повреждением головного мозга.

Иммуногистохимия
Фосфорилированные агрегаты тау-белка наблюдались в префронтальной коре всех трех коз в виде нейропильных нитей. Количество нейропильных нитей, экспрессирующих pTau, лишь незначительно варьировало между козами и в целом было относительно низким, и ни одного из них не наблюдалось у более молодых коз (< 1 года). Это исследование является первым, в котором наблюдаются такие структуры у коз.

Учитывая молодой возраст наших коз, около 1 года, что примерно соответствует 18-летнему человеку или двухлетней крысе, маловероятно, что этот результат обусловлен возрастной нейродегенерацией. Кроме того, отсутствие pTau в сравнении с козами в возрасте 3 и 8 месяцев указывает на то, что накопление pTau у этих животных, вероятно, начинается после 8 месяцев.

Таким образом, хотя накопление pTau, по-видимому, происходит естественным образом с возрастом у парнокопытных, степень накопления может зависеть от частоты и силы ударов головой, полученных человеком в течение жизни. Эти два фактора трудно разделить, поскольку увеличение количества ударов головой и возраст происходят одновременно, и для точного подсчета количества ударов головой требуются дополнительные исследования.

Помимо специфического паттерна pTau, еще одним индикатором нейропатологии в наших образцах является присутствие реактивных астроцитов, экспрессирующих GFAP, — характерное морфологическое изменение, наблюдаемое при черепно-мозговой травме и болезни Альцгеймера у человека, поскольку астроциты продуцируют больше GFAP и S100B в условиях стресса. Кроме того, у всех трех коз обнаружены VP-астроциты — недавно описанная патологическая морфология астроцитов у нечеловеческих видов, что указывает на легкую нейровоспалительную патологию. В совокупности иммуногистохимические маркеры указывают на раннюю стадию повреждения нейронов у коз, бодающихся головой.

Биомаркеры в спинномозговой жидкости
Наличие патологических маркеров в ткани головного мозга также отразилось на биомаркерах в спинномозговой жидкости. В спинномозговой жидкости коз уровни GFAP были повышены, при этом на поздних этапах измерения уровни находились в пределах диапазона, ранее измеренного у людей с болезнью Альцгеймера.

Измеренная концентрация tTau в спинномозговой жидкости наших коз аналогична значениям, опубликованным для болезни Альцгеймера у человека (543 пг/мл), хотя концентрация pTau у коз была довольно низкой по сравнению с tTau, что, возможно, отражает более низкие скорости фосфорилирования по сравнению с зарегистрированными для болезни Альцгеймера у человека.

ПЭТ/МРТ
ПЭТ/МРТ показала, что у всех коз наблюдалась более выраженная фронтально-доминантная активность ФДГ, а у одной из них — дополнительная асимметричная активация, часто выявляемая на ранних клинических стадиях болезни Альцгеймера. Хотя гипометаболизм является индикатором поздней стадии болезни Альцгеймера, региональное увеличение поглощения ФДГ может указывать на локализованное воспаление в префронтальной коре в ответ на непрерывные удары по голове. Количественные региональные стандартизированные значения поглощения (SUV) ФДГ у дополнительных испытуемых могли бы обеспечить дополнительную характеристику и понимание воспалительной сигнализации после непрерывных ударов по голове.

Видеоанализ и поведение
В ходе эксперимента каждая коза получила от 5000 до 7000 ударов по голове, что было измерено с помощью видеоанализа.

Акселерометр
Записи ударов головой, полученные с помощью акселерометра, показали многократное воздействие значительной черепной нагрузки как в линейном, так и во вращательном направлениях. Зарегистрированные пиковые ускорения и силы удара указывают на передачу значительных механических нагрузок через череп во время внутривидовых взаимодействий.
Пиковые результирующие ускорения (162,08 м/с или 16,5 g) и силы удара (388 Н) находятся в диапазоне, характерном для повторяющихся неконтузионных ударов по голове в спорте, особенно при игре головой в футболе и контактных видах спорта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для понимания реальных последствий такого изменчивого и сложного заболевания, как черепно-мозговая травма, полезно наблюдать за спонтанным возникновением у реального животного, такого как наши козы, которые бьются головой.

В данном исследовании изучалась связь между естественными повторяющимися ударами головой у коз и поведенческими, физиологическими и гистологическими маркерами нейродегенерации. Выявление и измерение бета-амилоида, фосфорилированного тау-белка, GFAP и S100B в спинномозговой жидкости, наряду с соответствующими иммуногистохимическими данными в ткани головного мозга, свидетельствует о том, что у коз, подвергающихся ударам головой, могут накапливаться те же биомаркеры нейродегенерации, что и у людей, и что это накопление начинается в раннем возрасте.

В совокупности биохимические и гистологические изменения, наблюдаемые у наших коз, указывают на наличие нейродегенеративных процессов на ранней стадии, вероятно, отражающих субклиническую реакцию на повторяющиеся удары головой.

25.07.2026

Комментарий:

Шнобелевская премия 2023 в области здравоохранения

Умный туалет работает автономно. Использует датчики давления/движения, анализирует мочу пользователя, рассчитывает скорость потока и объем мочи, классифицирует стул, в соответствии с Бристольской шкалой форм стула, сравним с работой медицинского персонала
подробнее

Шнобелевская премия 2004 технология

Частично лысый человек без достаточных финансовых средств не может позволить себе такую роскошь, как трансплантация волос. Этот человек может попытаться использовать его собственные волосы, чтобы покрыть лысину. Большинство не умеет планировать прическу
подробнее

Источник - пресса

Шнобель Процедура Пресса Анналы Архив Статьи Шнобелист