Нервные волокна в коже человека, окруженные кератиноцитами, помогают передавать внешние стимулы

Исследователи применили новые методы визуализации для изучения функции и структуры нейрокожной единицы — связи между нервной системой и кожей.

Результаты, опубликованные в eLife, показывают, что нервные волокна в нейрокожной единице проходят через клетки кожи — кератиноциты — в процессе, называемом окружением (ensheathment). Основная функция кератиноцитов — выработка белка кератина для формирования защитного барьера кожи. Однако исследование подтверждает недавно возникшую идею, что эти клетки также играют роль сенсоров и передатчиков внешних ощущений, тесно взаимодействуя с внутриэпидермальными нервными волокнами (IENF).

Это может изменить наше понимание того, как тело обрабатывает внешние стимулы, а также открыть новые пути для лечения пациентов с патологией мелких волокон — болезненным состоянием, вызванным повреждением или дисфункцией мелких нервных волокон.

Традиционно считалось, что внешние стимулы воспринимаются и передаются в центральную нервную систему исключительно специализированными нервными клетками — периферическими сенсорными нейронами. Однако последние исследования предполагают, что эпидермальные кератиноциты также могут участвовать в передаче информации о внешних раздражителях.

В моделях на животных (например, плодовых мушках) показано, что аксоны сенсорных нейронов окружены эпидермальными клетками, похожими на кератиноциты, что помогает распространять сигналы внешних стимулов. Взаимодействия между кератиноцитами и нервными волокнами в коже человека сложно идентифицировать из-за малого размера IENF и плотности ткани эпидермиса.

Команда под руководством Кристофа Эрбахера и Нуркан Юджайлер из Университетской больницы Вюрцбурга (Германия) изучила зоны контакта между сенсорными нейронами и кератиноцитами в коже человека.

Методы и ключевые результаты:

• Образцы кожи трех здоровых добровольцев были быстро заморожены под высоким давлением и обработаны фиксирующим раствором.
• Используя корреляционную световую и электронную микроскопию (супер-разрешающая томография массивов), ученые получили детальные изображения.
• Анализ подтвердил, что во всех трех образцах многие IENF были окружены кератиноцитами.
• Также наблюдались кластеры коннексина 43 (Cx43) — белкового комплекса, образующего щелевые контакты (gap junctions). Эти каналы обеспечивают межклеточную коммуникацию, пропуская малые молекулы, например, АТФ.
• Результаты были подтверждены на более толстых срезах кожи от четырех пациентов с нейропатией мелких волокон и пяти здоровых людей с помощью микроскопии расширения (expansion microscopy). Удалось проследить IENF по всему эпидермису и подтвердить их окружение кератиноцитами.

Моделирование взаимодействий:

• Ученые создали 2D совместную культуру (co-culture) сенсорных нейронов и кератиноцитов.
• При удалении барьера между двумя культурами нейроны активно росли в сторону кератиноцитов, устанавливали контакт и становились окруженными ими.
• В местах, где не окруженные нейроны проходили вблизи или над кератиноцитами, также обнаруживались кластеры Cx43.
• Визуализация ионов кальция показала, что спонтанные пики кальция в кератиноцитах предшествовали пику кальция в нейронах. Это указывает на межклеточную передачу сигналов между кератиноцитами и нейронами в нейрокожной единице человека.

Ограничения и выводы:

Авторы отмечают ограничение исследования — небольшой размер когорты, связанный со сложностью обработки больших объемов данных супер-разрешающей микроскопии. В будущем это можно преодолеть с помощью программного поиска IENF и более совершенных алгоритмов глубокого обучения на основе ИИ.

«Мы исследовали нейрокожную единицу в коже человека и получили доказательства окружения нервных волокон кератиноцитами, а также наличия контактных сайтов Cx43 между кератиноцитами и IENF», — заключает Нуркан Юджайлер. — Эти результаты имеют решающее значение для лучшего понимания роли нейрональных и ненейрональных клеток в развитии и поддержании нейропатии и могут иметь серьезные последствия для будущих подходов к лечению».