Пространственная экспрессия генов и нарушения функциональных сетей при рассеянном склерозе: изучение биологического влияния на функциональную реорганизацию мозга

Почему важно устройство связей мозга при рассеянном склерозе

Рассеянный склероз (РС) чаще всего известен как заболевание, повреждающее мозг и спинной мозг, но МРТ-сканирования показали нечто более тонкое: по мере повреждения тканей коммуникационные сети мозга реорганизуются. В этом исследовании поставлен более глубокий вопрос, важный для пациентов и их близких: не являются ли некоторые участки мозга биологически «построенными» так, чтобы лучше противостоять или адаптироваться к РС? Объединив данные МРТ сотен людей с РС и подробные карты активности генов, полученные из здоровых пожертвованных мозгов, исследователи изучают, как наша базовая биология может определять, какие узлы мозга испытывают трудности, какие компенсируют изменения и как это связано с нарушениями мышления при РС.

Наблюдение за «пассивным» трафиком мозга

Команда изучила 558 человек с РС и 214 здоровых добровольцев, у всех были выполнены МРТ-сканы в состоянии покоя с закрытыми глазами. Вместо того чтобы фокусироваться на отдельных точках, они проанализировали, насколько сильно каждая небольшая область серого вещества связана со всеми остальными — меру, называемую «центральностью», отражающую, насколько данная область является узлом трафика. Затем эти карты связности сопоставили между людьми с РС и здоровыми участниками, а также между подгруппами РС: рецидивирующей и прогрессирующей формами, и между пациентами с сохранной и нарушенной когнитивной функцией. Это дало детальную картину того, какие сети становятся сверхактивными узлами, а какие замирают по мере прогрессирования РС.

Узлы мозга, работающие сверхурочно

В общей группе пациентов с РС области, принадлежащие к сети «режима покоя» (default mode) — участки, активные при внутренне направленном мышлении, такие как прекуней и орбитофронтальная кора — демонстрировали более высокую центральность по сравнению со здоровыми участниками. В то же время части «сети значимости» (salience), которая помогает мозгу переключаться между задачами и обрабатывать важные события, и области мозжечка, важные для координации и временной организации, показывали пониженную центральность. Эти сдвиги были особенно выражены у людей с прогрессирующей формой РС: у них наблюдались особенно сильные узлы режима покоя и мозжечка и ослабленные узлы сети значимости и глубинного серого вещества. У пациентов с когнитивными нарушениями выявлялась похожая картина: усиленное поведение в виде узлов в областях режима покоя и в медиальных височных долях, связанных с памятью, тогда как некоторые моторные и глубинные структуры становились менее связанными.

Скрытые молекулярные закономерности на фоне карт

Чтобы понять, почему именно эти регионы изменяются таким образом, исследователи обратились к Атласу человеческого мозга Аллена, большой библиотеке данных об активности генов, измеренной в тысячах маленьких образцов мозга от здоровых доноров. Для каждой области, где центральность отличалась при РС, они спросили: какие гены там обычно имеют повышенную или пониженную активность? Регионы, ставшие сверхсвязанными при РС, были обогащены генами, связанными с подавлением воспаления, ремонтом повреждений и поддержанием здоровья сосудов и нейронов. При прогрессирующем РС сверхсвязанные узлы также коррелировали с генами, вовлечёнными в эпигенетический контроль (то есть тем, как окружение настраивает активность генов) и митохондриальное производство энергии, что наводит на мысль, что энергозатратные узлы с гибким генетическим контролем могут лучше выдерживать долговременный стресс. Напротив, регионы, потерявшие центральность, такие как части сети значимости и мозжечок, были связаны с генами, повышающими чувствительность к провоспалительным сигнальным молекулам, что потенциально делает их более уязвимыми.

Подсказки к причинам когнитивных проблем при РС

Когда команда сосредоточилась на пациентах с измеримыми когнитивными нарушениями, они вновь увидели усиленную «узловую» активность в областях режима покоя и в медиальных височных зонах, связанных с памятью. Эти изменения коррелировали с более низким базальным уровнем экспрессии двух генов в здоровых мозгах. Один из них, DNASE1, помогает разрушать избыточную ДНК во время гибели клеток и уборки; пониженная активность может затруднять эффективное удаление повреждённого материала и способствовать затяжному воспалению. Другой, CP, кодирует церулоплазмин — ключевой белок в метаболизме железа. Более низкая типичная экспрессия этого гена в определённых узлах может ограничивать локальное накопление железа и, парадоксально, частично защищать от поврежления, вызванного железом — однако окружающая сеть при этом всё равно перегружается по мере прогрессирования болезни. В совокупности эти данные указывают на то, что способность областей управлять утилизацией отходов и металлов может влиять на их роль в реорганизации мозга.

Что это значит для людей, живущих с РС

Исследование делает вывод, что реорганизация мозговых сетей при РС не является случайной: её отчасти формирует нормальный паттерн экспрессии генов в разных областях. Области, естественно богатые генами, поддерживающими ремонт, выработку энергии и связь «кровь—мозг», могут лучше сохранять свою роль узлов по мере накопления повреждений, тогда как регионы, настроенные на сильный ответ на воспалительные сигналы, могут терять связи и становиться слабыми звеньями. Для людей с РС эта работа пока не меняет лечение, но даёт дорожную карту для поиска молекулярных мишеней, которые могли бы защитить уязвимые узлы или снизить вредную перегрузку сети. В долгосрочной перспективе понимание взаимодействия генов и сетей может помочь объяснить, почему одни пациенты остаются устойчивыми годами, тогда как другие раньше развивают инвалидность и когнитивные проблемы, и может направить более персонализированные стратегии для поддержания «коммуникационных магистралей» мозга в рабочем состоянии.

Цитирование: Preziosa, P., Azzimonti, M., Storelli, L. et al. Spatial gene expression and functional network abnormalities in multiple sclerosis: exploring biological influence on brain functional reorganization. Transl Psychiatry 16, 137 (2026). https://doi.org/10.1038/s41398-026-03921-x

Ключевые слова: рассеянный склероз, мозговые сети, экспрессия генов, функциональная МРТ, когнитивные нарушения