Эпендимные клетки выстилают желудочки мозга и центральный канал спинного мозга. Они участвуют в продукции, циркуляции и утилизации спинномозговой жидкости, которая служит гидравлической подушкой и средой для циркуляции питательных веществ и сигнальных молекул внутри мозга.

Нейроны и глия тесно взаимодействуют, образуя функциональные нейроглиальные ансамбли. Например, астроциты оплетают своими отростками синапсы и регулируют концентрацию нейромедиаторов и ионов в синаптической щели, влияя на передачу нервного импульса. Олигодендроциты обеспечивают метаболическую поддержку и электроизоляцию для аксонов. Микроглия, реагируя на патологические стимулы, высвобождает цитокины и другие сигнальные молекулы, влияющие на функцию нейронов, способствует удалению и образованию нейронных синапсов.

Все клетки мозга погружены в особую комфортную среду, внеклеточный матрикс (ВКМ). Это сеть из структурных и сигнальных молекул, которая заполняет пространство между клетками и обеспечивает их механическую поддержку, влияет на миграцию, деление и дифференцировку (взросление, специализацию) клеток в ходе развития.

ВКМ мозга включает в себя три основных компонента:

1. Гиалуроновая кислота – длинные линейные углеводные цепочки, образующие насыщенный водой гель, который служит основой матрикса.

2. Протеогликаны – особые белки с присоединенными к ним цепочками углеводов (глюкозаминогликанами). Они обеспечивают структурную целостность, удерживают воду, служат депо для факторов роста и других биоактивных молекул. Основные протеогликаны ВКМ мозга – это хондроитинсульфаты (версикан, бревикан, нейрокан, аггрекан) и гепарансульфаты (перлекан, агрин).

3. Фибриллярные (образующие длинные вытянутые нити) белки – коллаген, фибронектин, ламинин. Они образуют сложную трехмерную сеть, молекулярный каркас матрикса. Коллаген обеспечивает прочность и упругость матрикса, фибронектин участвует в прикреплении клеток к матриксу и друг к другу, ламинин играет роль в миграции и дифференцировке клеток.

Состав и структура ВКМ мозга сильно отличается от ВКМ других тканей. Например, в мозге практически отсутствует коллаген и фибронектин, зато много гиалуроновой кислоты и специализированных протеогликанов. Это связано с уникальными требованиями, которые мозг предъявляет к своему микроокружению. Благодаря этой особенности матрикса мозг имеет мягкую, студенистую консистенцию. То, что в мозге мало волокон коллагена и фибронектина, которые играют основную роль в жесткости матрикса, способствующей старению, на мой взгляд, дает ему больший потенциал для долголетия по сравнению с другими органами и тканями.

ВКМ создает специфическую среду вокруг нейронов и глиальных клеток, регулируя их форму, подвижность и функциональное состояние. Молекулы ВКМ могут связывать и предоставлять клеткам различные факторы роста, влияя на их дифференцировку и выживание.

Например, протеогликан аггрекан связывается с рецепторами на поверхности нейронов и регулирует рост аксонов и дендритов. Фрагменты протеогликана бревикана стимулируют рост отростков олигодендроцитов и образование миелина. Ламинин и коллаген IV служат подложкой для миграции нейробластов и глиобластов (клеток-предшественников нейронов и глии) в ходе развития мозга.

ВКМ служит также молекулярным барьером, ограничивающим излишнюю подвижность клеток. В зрелом мозге это стабилизирует положение нейронов и глии, препятствуя ненаправленному росту отростков. Поэтому не удивительно, что изменение состава ВКМ при нейродегенеративных заболеваниях, психических расстройствах, черепно-мозговых травмах может способствовать патогенезу.

ВКМ влияет на распространение нейромедиаторов и других сигнальных молекул в синаптических щелях и внеклеточном пространстве, определяя направленную передачу сигналов между клетками. Например, гиалуроновая кислота может связывать глутамат, ацетилхолин, ГАМК и другие медиаторы, изменяя их концентрацию в синапсах. Хондроитинсульфатные протеогликаны могут связываться с калиевыми каналами на оболочке нейронов, регулируя концентрацию К+ во внеклеточной среде и, тем самым, возбудимость нейронов.

Таким образом, ВКМ – это не просто инертный заполнитель, а активный фактор развития мозга и его функций. Он служит динамическим интерфейсом между клетками и во многом определяет то, как нейроны и глия взаимодействуют друг с другом.

Между кровью и мозгом существует гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) – высокоселективный фильтр, который защищает нервную ткань от потенциально вредных веществ (внешних нейромедиаторных молекул, факторов воспаления, иммунных клеток, инфекционных агентов и токсинов), циркулирующих в крови, и поддерживает постоянство внутренней среды мозга.

Анатомическую основу ГЭБ составляют эндотелиальные клетки (клетки стенок) капилляров мозга. В отличие от капилляров других органов, мозговые капилляры имеют эндотелий с рядом особенностей. Эти клетки соединены очень плотными контактами, которые препятствуют проникновению водорастворимых соединений через межклеточные промежутки, за исключением тех, для которых есть особые белки-переносчики. Также эндотелиоциты мозга имеют низкую проницаемость мембраны и цитоплазмы самих клеток, так как у них слабо развиты поры в оболочке и способность к микропиноцитозу (заглатывание отдельных молекул клеткой).

С внешней стороны капилляры оплетены отростками астроцитов, которые способствуют формированию барьерных свойств эндотелия и регулируют работу транспортных систем. Также в состав ГЭБ входит базальная мембрана из ВКМ, которая служит дополнительным фильтром.

Проницаемость ГЭБ избирательна. Низкомолекулярные, не имеющие заряда, жирорастворимые вещества (H₂, О₂, СО₂, этанол, никотин и др.) могут проходить через липидный бислой оболочки клетки. Транспорт заряженных, водорастворимых соединений ограничен и требует специальных механизмов – избирательных белков-переносчиков и рецепторопосредованного транспорта через эндотелиальные клетки. Глюкоза, аминокислоты, нуклеозиды (кирпичики ДНК и РНК), некоторые регуляторные пептиды (инсулин, трансферрин) переносятся в мозг с помощью специализированных белков-транспортеров. Более крупные белки, такие как антитела (инактивирующие инфекционный агент) и липопротеины (несущие клеткам мозга необходимые жиры и холестерин), могут проходить через ГЭБ путем эндоцитоза – попадания в барьерные клетки внутри пузырьков, отпочковывающихся от оболочки клетки.

В то же время ГЭБ (если он не поврежден, конечно) надежно блокирует проникновение в мозг токсинов, патогенов и компонентов иммунной системы. Он также выделяет белки, которые активно выкачивают из мозга обратно в кровь многие ксенобиотики (лекарства, пестициды и др.)

Кора головного мозга считается «средоточием» интеллекта и разума у млекопитающих.

ГЭБ помогает поддерживать ионный гомеостаз (постоянство состава) мозга, препятствуя резким колебаниям концентрации ионов (таких как K⁺, Na⁺, Cl^—, Ca²⁺, Mg²⁺ и другие), которые могут нарушить генерацию и проведение нервных импульсов. Также он удерживает в мозге нейромедиаторы и нейротрофические факторы (пептиды-регуляторы клеточного роста).

Проницаемость ГЭБ может меняться при различных патологических состояниях. При нейровоспалении активированная микроглия и астроциты выделяют цитокины (сигнальные молекулы, влияющие на клетки иммунной системы) и активные формы кислорода (свободные радикалы), которые повреждают плотные контакты между клетками ГЭБ и увеличивают внутриклеточный транспорт, что приводит к отеку мозга, нарушению работы нейронов. Хроническая дисфункция ГЭБ вносит вклад в развитие нейродегенеративных заболеваний, эпилепсии, рассеянного склероза.

С другой стороны, ГЭБ является серьезным препятствием для доставки в мозг лекарственных препаратов. Поэтому активно разрабатываются методы обратимого раскрытия барьера, соединения лекарств с носителями, узнаваемыми транспортными системами ГЭБ, липосомальными формами доставки.