6. 1. Медиаторная специфичность нейронов гастропод

Холинергические нейроны. Исчерпывающие доказательства медиаторной функции ацетилхолина получены для некоторых крупных нейронов аплизии. Измеряя активность ацетилтрансферазы холина в индивидуальных клетках абдоминального ганглия две группы исследователей независимо друг от друга нашли, что энзим имеется только в трёх крупных нейронах — П2, Л10 и Л11; клетка, парная к П2 и расположенная в левом плевральном ганглии, также способна синтезировать ацетилхолин [169, 241]. Клетка Л10 — это интернейрон, оказывающий как возбуждающие, так и тормозные влияния на другие клетки ганглия; эти влияния во всех отношениях подобны эффектам апплицируемого ацетилхолина [96].

При инъекции в тело нейрона меченого холина последний превращается клеткой П2 в ацетилхолин и в фосфорилхолин, тогда как контрольные нейроны, не содержащие ацетилтрансферазу холина, используют холин только для синтеза фосфорилхолина [222]. Микрохимически ацетилхолин определяется в перикарионе названных выше холинергических нейронов аплизии в концентрации 0,35±0,01 мМ, в нехолинергических гигантских клетках уловить присутствие ацетилхолина не удаётся, так что специфичность химизма очень высока [241а].

Кроме клетки Л10, у аплизии описаны другие холинергические интернейроны, расположенные в плевральных и буккальных ганглиях. На других гастроподах изучение таких интернейронов не проводилось, но полагаю, что вполне реальными были бы поиски, например, гомолога Л10 у других лабораторных гастропод, в частности, у виноградной и садовой улитки, у которых эта клетка должна, по-видимому, располагаться на вентральной поверхности абдоминального ганглия. Шагом на пути к идентификации холинергических интернейронов может стать работа по обнаружению клеток, способных к синтезу ацетилхолина. Судя по доступным тезисам доклада, такую работу начала группа английских авторов [150].

Можно с уверенностью думать, что холинергическими у гастропод бывают не только интернейроны. Давно считается, что ацетилхолин служит медиатором в некоторых нервных окончаниях на сердце моллюсков, при этом со стороны сердечной мышцы известно два типа ответов на ацетилхолин — торможение биений и тоническая реакция [см. обзор 333, а также 233а].

Клетки, дающие начало тормозным волокнам сердечного нерва, идентифицированы только у аплизии, у которой они расположены в левом полуганглии абдоминального ганглия [233а, 239].

Наши данные о фармакологии передачи с моторных волокон тентакулярного нерва на ретрактор глазного щупальца у виноградной улитки, а также об ультраструктуре секреторных везикул в окончаниях этих волокон указывают на возможную холинергическую природу соответствующих мотонейронов, которые расположены в плевральной доле церебрального ганглия. Блокирующие эффекты холинолитиков отмечаются на моторных окончаниях других дериватов колумеллярной мышцы и самой этой мышцы, о чём уже говорилось. Холинергическую природу колумеллярных моторных нейронов нельзя, однако, считать строго доказанной; более того, имеются экспериментальные данные в пользу медиаторной функции глутамата в моторных окончаниях на одной из мышц этой системы (ретрактор глотки) [212] — эти данные в свою очередь подвергались серьёзной критике [см. 157, 166].

Моноаминергические нейроны. По крайней мере, существование дофаминергических и серотонинергических нейронов вряд ли может сейчас вызывать сомнение. По-видимому, этими двумя типами медиаторной специфичности разнообразие моноаминергических нервных клеток у гастропод не ограничивается, но в отношении других типов данных немного.

Среди серотонинергических нейронов хорошо изучены только парные церебральные нейроны виноградной улитки (ПЦ1 и ЛЦ1), а также гомологичные им клетки тритонии и аплизии. Для этих клеток представлены хорошие доказательства тому, что их медиатором служит серотонин [131, 264]. Эксперименты на изолированных идентифицируемых нейронах виноградной улитки показали, что указанные клетки способны синтезировать серотонин, т. е. декарбоксилировать 5-окситриптофан, тогда как другие проверенные нейроны такой способностью не обладают [137, 259, 263]. Измеренное с помощью высокочувствительного микрометода содержание серотонина оказалось в парных церебральных нейронах тритонии и аплизии равным примерно 4 — 7 пМ на клетку (таково же содержание серотонина в дающих жёлтую люминесценцию педальных нейронах тритонии). В этих клетках измеримых количеств катехоламинов не оказалось [331, 240]. Синаптические эффекты серотонинсодержащих церебральных нейронов на клетки буккальных ганглиев и влияние этих нейронов на иннервированные их аксонами губные мышцы подобны эффектам апплицируемого серотонина [130, 266а]. Клетки, о которых идёт речь, обладают весьма специфичными системами захвата своего медиатора и его метаболического предшественника: сам серотонин захватывается терминальными участками аксона, а 5-окситриптофан — телом нейрона; контрольные нейроны, не содержащие серотонина, ни той, ни другой способностью не обладают и в их цитоплазме можно обнаружить лишь экзогенный триптофан [266].

Иннервационные отношения клеток ПЦ1 и ЛЦ1 указывают на то, что каждая из этих клеток сочетает функции интернейрона и мотонейрона [266а].

Выделение серотонина нейромоторными окончаниями показано у гастропод на сердечной мышце [298], где серотонин усиливает биения. Противоположное — расслабляющее действие серотонин оказывает на некоторые другие мышцы (например, ретрактор омматофора — собственные наблюдения); механизм такого эффекта давно изучается на ретракторе биссуса двустворчатого моллюска — мидии, где серотонин служит медиатором тормозных нервных окончаний [см. 166, 350].

На ультраструктурном уровне органеллы, содержащие серотонин, описываются в нейронах гастропод как везикулы диаметром около 1000 ?, содержащие центральное или эксцентричное плотное ядро; содержимое этих органелл избирательно выявляется при обработке бихроматом по методу Вуда [135, 266а, 331].

Преимущественным катехоламином нервной системы гастропод является дофамин [см. 166, 209, 334], и медиаторная функция этого вещества в ганглиях доказывается широкой системой критериев [83, 211, 306, 328]. Исследование идентифицируемого гигантского нейрона катушки, содержащего дофамин, дало окончательные свидетельства медиаторной роли этого катехоламина, который, подобно ацетилхолину в клетке Л10 аплизии, осуществляет как возбуждающие, так и тормозные синаптические эффекты [92]. Имеются все основания думать, что описанный в 5 главе гигантский непарный педальный нейрон прудовика, дающий зелёную люминесценцию, является гомологом названного интернейрона катушки; клетки этого ряда, как отмечалось в главе 5, имеются и у сидячеглазых пульмонат.

Наши и литературные данные указывают на то, что дофаминергические нейроны гастропод могут выполнять также функции моторных и сензорных нейронов. О моторных окончаниях на некоторых клетках педальной мускулатуры выше уже говорилось. Такие окончания, по-видимому, имеются и в других мышечных органах моллюсков: в пищеводе (собственные наблюдения), сифоне [248 — данные для аплизии] и т. д.

Помимо дофамина, в нервной системе гастропод отмечен, хотя и в меньших количествах, другой первичный катехоламин — норадреналин [260]. Гистохимический метод, позволяющий дифференцировать между дофамином и норадреналином, пока не прилагался к нейронам гастропод, но использование этого метода на других беспозвоночных (аннелиды, членистоногие) показало, что у них имеются как дофаминергические, так и норадренергические нейроны [149, 219]. Не исключено, что такова же ситуация у гастропод. Во всяком случае, эффекты этих двух катехоламинов на один и тот же нейрон улитки могут быть разными [170].

В экстрактах из нервной ткани разных моллюсков найдено несколько физиологически активных веществ, одно из которых имеет люминесцентные характеристики, присущие катехоламинам, не являясь в то же время ни дофамином, ни норадреналином, ни адреналином [73]. Вполне возможно, что эти находки указывают на существование неизвестного медиаторного амина. Имеется и другая сходная возможность: гигантские парные нейроны гастро-эзофагальных ганглиев тритонии проявляют, при обработке по методу Фалька и Хилларпа, жёлтое свечение, характерное для серотонина и других индольных соединений [37], микрохимические же исследования этих клеток показывают, что в них имеется неидентифицированное вещество, отличное от серотонина (Р. Мак-Каман, личное сообщение). Таким образом, кроме трёх известных медиаторных моноаминов, у гастропод, вполне возможно, существуют и другие вещества этой группы.

Наконец, клетки, найденные у лёгочных улиток в составе висцеральной дуги, как сообщают Керкут и соавторы, содержат два медиаторных амина, дофамин и серотонин [213]. Это весьма необычная ситуация, и я специально вернусь к ней в разделе 6.7.

Нейроны, имеющие медиаторами аминокислоты. У млекопитающих мы называли три таких медиатора: глицин, глутамат и гамма-аминомасляная кислота. Пока никто не исследовал, имеются ли у гастропод нейроны, медиатором которых служит глицин. Глицин присутствует в их нервной системе [258], а у самих нейронов имеются рецепторы к глицину, фамакологически похожие на соответствующие постсинаптические рецепторы позвоночных [255], но этих данных, конечно, недостаточно, чтобы утверждать, что у гастропод представлен этот тип синаптической передачи.

Примерно такая же ситуация с гамма-аминомасляной кислотой. Нервная ткань гастропод отличается низким содержанием этого вещества [257]. Следовательно, нейронов этого типа может быть очень мало, а возможно, что их нет совсем. Если верно последнее, то моллюски отличаются в этом отношении не только от позвоночных, но и от таких беспозвоночных, как ракообразные и насекомые [см. 61]. Однако чувствительностью к гамма-аминомасляной кислоте нейроны гастропод обладают, при этом рецепторы блокируются пикротоксином и бикукуллином, как и у позвоночных [326].

Глутамат скорее всего служит медиатором у гастропод. Этот вывод на основании совокупности экспериментальных данных делают в специальном обзоре Керкут и соавторы [212].Дополнительно упомяну, что особое двухфазное синаптическое торможение клеток ПЦ1 и ЛЦ1 садовой улитки во всех деталях воспроизводится глутаматом [304]. Из этого не следует, что глутамат выступает исключительно в роли тормозного передатчика: одни нейроны отвечают на него торможением, другие — возбуждением [167, 256, 288]. До сих пор никто, однако, не пытался идентифицировать нейроны, секретирующие глутамат,- в частности, неизвестны клетки, оказывающие тормозные синаптические эффекты на ПЦ1и ЛЦ1.

Кроме трёх названных аминокислот, можно упомянуть аргинин (или его производное), как будто высвобождающийся некоторыми нервными окончаниями улитки [298].

Пептидергические нейроны. Наши электронно-микроскопические данные, полученные на ЦНС виноградной улитки, показывают поразительное обилие и разнообразие нейронов, содержащих гранулы пептидергического типа. Об этом же говорят исследования, проведённые на переднежаберных улитках [79], а также на сидячеглазых пульмонатах [200, 336]. Во всех этих случаях наблюдается постоянство топографии клеток, содержащих гранулы определённой категории (рис. 15).

Разные группы предположительно пептидергических нейронов, различающиеся по ультраструктуре секреторных гранул, выступают как в роли нейросекреторных клеток, так и в роли «обычных» нейронов, иннервируя, в частности, мышечные клетки оболочки ганглиев.

У некоторых видов моллюсков такие нейроны картированы, но знания о строении секретируемых веществ пока что очень ограниченны. Ни в одном случае их идентификация не доведена до конца, но во всех изученных случаях эти вещества в самом деле оказались пептидами.

С начала 60-х годов ведутся работы по выделению «субстанции X» — вещества, стимулирующего сердце и содержащегося в пептидергических гранулах соответствующих нервных волокон. Эти волокна подходят к сердцу в составе сердечного нерва не только у гастропод, но и у двустворок, где подсчитано, что они составляют около 5% волокон нерва. Отмечают, что активное начало представляет собой «большую и устойчивую молекулу» и что оно инактивируется протеолитическими ферментами; фракционированием выделены два активных вещества молекулярным весом около 700 — 1500 [см. обзор 333, а также 175].

Про нейросекреторную клетку ППа1 и её гомологи, синтезирующие полипептид м. в. около 5000, говорилось в разделе 5.3.2.

Успешно развиваются исследования нейронов, выделяющих нейрогормон, который вызывает откладывание яиц у аплизии. Две группы таких клеток, по 400 нейронов в каждой, расположены вокруг плевро-висцеральных коннективов рядом с абдоминальным ганглием. Клетки электротонически связаны между собой и генерируют потенциалы действия синхронно, чем достигается одновременная секреция большого количества нейрогормона.

Рис. 15. Разнообразие пептидергических нейронов в ЦНС прудовика Lymnaea stagnalis [из 336].

А — схема окологлоточного ожерелья ганглиев (педальные комиссуры перерезаны и педальные ганглии отвёрнуты) и позиции клеток, различающихся по ультраструктуре секреторных гранул. Обозначение ганглиев: 1 — правый церебральный, 2 — левый церебральный, 3 — правый педальный, 4 — левый педальный, 5 -правый плевральный, 6 — левый плевральный, 7 — правый париетальный, 8 — левый париетальный, 9 — висцеральный.

Рис. 15 (продолжение) Б — гистограммы диаметров секреторных гранул для некоторых групп нейронов из изображённых на рис. 15, А. Заштрихованные столбцы — гранулы в телах нейронов, светлые — гранулы в аксонных терминалях. Латинскими буквами обозначены сокращённые названия клеточных групп.

Показано, что он представляет собой полипептид молекулярным весом около 6000. Секреторные гранулы, имеющие типичную для пептидергических нейронов ультраструктуру, выделяются, по-видимому, в оболочку коннективов и абдоминального ганглия, где слепо заканчиваются аксоны этих нервных клеток. Выделившийся нейрогормон оказывает свой эффект, вызывая сокращение неиннервированных мышечных клеток протока гермафродитной железы [80, 81, 123, 125, 227, 315].

Значительное большинство пептидергических нейронов остаётся пока неисследованным ни в отношении функции, ни тем более в отношении строения активного начала. У прудовика различают 10 типов таких нейронов [200], но, на мой взгляд, эта цифра занижена.

Нейроны с неизвестными медиаторами. Многие авторы, изучающие постсинаптические потенциалы в ганглиях виноградной улитки и аплизии, отмечали, что далеко не во всех случаях синаптические эффекты воспроизводятся каким-либо из известных или предполагаемых медиаторов. Очевидно, что медиаторные функции у моллюсков выполняются многими веществами неизвестной природы. Так, из интернейронов абдоминального ганглия аплизии только один [Л10] оказывает свои эффекты с помощью известного медиатора — ацетилхолина.

Есть основания предполагать, что и в нервных окончаниях на эффекторных органах гастропод действует ряд пока что неизвестных медиаторных механизмов. Назовём только один пример, известный нам по собственному опыту работы. У свободноплавающей личинки — велигера голожаберных моллюсков имеются ярко выраженные тормозные нервные влияния на биения моторных ресничек паруса. Г. Н. Бузников и Б. Н. Манухин, детально исследовавшие это явление, нашли, что на той стадии развития, когда устанавливаются эти нервные влияния, в гомогенате личинок начинает обнаруживаться вещество, воспроизводящее этот эффект. Одновременно появляется вещество, воспроизводящее другой синаптический эффект — сокращение мышцы паруса.

Ни одно из двух веществ не похоже ни на один из известных или предполагаемых медиаторов [см. 15, гл. 6]. Позже мы с Г. Н. Коробцовым снова пытались изучать механизм синаптических влияний на биения ресничек и, в частности, показали, что активное начало при хроматографировании экстракта в системе уксусная кислота: бутиловый спирт: вода (1: 4: 1) обнаруживается в области Rf = 0,9 и даёт пятно, которое не красится нингидрином [22]. Большего пока об этом неизвестном медиаторе сказать нельзя.

Неизвестной остаётся также природа тех нервных окончаний, описанных в разделе 5.3.5., для которых характерна высокая активность дегидрогеназы глюкозо-6-фосфата.

О наличии у моллюсков неизвестных медиаторов, возможно, свидетельствует и постоянное присутствие в их нервной ткани нескольких неидентифицированных физиологически активных веществ [73, 172].

Подытожив данные о химической (медиаторной) разнородности нейронной популяции гастропод, мы сравним их с соответствующими данными для млекопитающих, чтобы получить ответ на вопрос, зависит ли гетерогенность нейронной популяции от уровня нервной организации.