Морфологическая классификация повреждений нейронов

Цель исследования: разработка морфологической классификации повреждения нейронов для использования в практической деятельности экспериментаторами, патологоанатомами и судебно-медицинскими экспертами.

Материал и методы. Исследовали нейроны коры головного мозга 30-ти экспериментальных животных (крысы линии Вистар). Из них: с остановкой кровообращения n=10, c отравлением клозапином в сочетании с алкоголем (доза клозапина — 150 мг/кг, доза алкоголя — 5 мл/кг), n=20. Кроме этого, исследовали кору головного мозга человека при субарахноидальных кровоизлияниях (САК), n=23, внезапной сердечной смерти n=10, коронавирусной инфекции, n=18. Окрашивание гистологических препаратов проводили гематоксилином и эозином, по Нисслю, по Фельгену (на ДНК), по Браше (на РНК и РНП), иммуногистохимическим методом выявляли каспазу-3.

Результаты. Предложили морфологическую классификацию повреждения нейронов, включающую децентрализацию ядра в нейроне, морфологические изменения ядрышка, темные нейроны, ремоделирование хроматина, липофусциноз, отек нейронов, лизис вещества Ниссля, кальциноз нейронов, нейронофагию, некроз, апоптоз нейронов. Рассмотрели функциональные нарушения, возникающие при исследованных вариантах альтерации нейронов. В результате развивающихся повреждений нейронов нарушается функция цитоскелета нейронов, синтез субъединиц рибосом, синтез рибонуклеопротеидов, нарушение репарации ДНК, активируется апоптоз, повреждаются лизосомы, активизируется образование активных форм кислорода, регистрируются необратимые формы повреждения нейронов (нейронофагия, некроз, апоптоз).

Заключение. Предлагаемая морфологическая классификация дополняет существующие классификации, основанные на исследовании молекулярных маркеров повреждения нейронов, и может быть использована при проведении экспериментальных исследований и в практической работе патологоанатомов и судебно-медицинских экспертов.

1. Ермохин П. Н. Гистопатология центральной нервной системы. Под редакцией академика АМН СССР проф. А. П. Авцина. М.: «Медицина»; 1969: 245. УДК 616.831/832-001.8 (084.4).

2. Clarke G. D. Developmental cell death: morphological diverciti and multiple mechanisms. Anatomy Embryology (Berl). 1990; 181: 195–201. DOI: 10.1007/BF00174615. PMID: 2186664.

3. Kroemer G., El-Deiry W. S., Golstein P. Nomenclature Committee on Cell Death Classification of cell death: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death. Cell Death Differentiation. 2005; 2: 1463–1467. DOI: 10.1038/sj.cdd.4401724. PMID: 16247491.

4. Galluzzi L., Vitale I., Abrams J. M., Alnemri E. S., Baehrecke E. H., Blagosklonny M. V., Dawson T. M., et al. Molecular definitions of cell death subroutines: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death. Cell Death & Differentiation. 2012; 19: 07–120. DOI: 10.1038/cdd.2011.96. PMID: 21760595.

5. Di Giaimo R., PennaE., Pizzella A., Cirillo R., Perrone-Capano C., Crispino M. Cross talk at the cytoskeleton–plasma membrane interface: impact on neuronal morphology and functions. Int J Mol Sci. 2020; 21 (23): 9133. DOI: 10.3390/ijms21239133. PMID: 33266269.

6. Kengaku M. Cytoskeletal control of nuclear migration in neurons and non-neuronal cells. Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. 2018; 94 (9): 337–349. DOI: 10.2183/pjab.94.022. PMID: 30416174.

7. Wilson D. M., Cookson M. R., Van Den Bosch L., Zetterberg H., Holtzman D. M., Dewachter I. Hallmarks of neurodegenerative diseases. Cell. 2023; 186: 693–714. DOI: 10.1016/j.cell.2022.12.032. PMID: 36803602.

8. Parlato R., Kreiner G. Nucleolar activity in neurodegenerative diseases: a missing piece of the puzzle? J Mol Med (Berl). 2013; 91 (5): 541–547. DOI: 10.1007/s00109-012-0981-1. PMID: 23179684.

9. Dubois M.-L., Boisvert F.-M. The nucleolus: structure and function. In the book: The Functional Nucleus. David P. Bazett-Jones, Graham Dellaire. (eds.). Springer Nature Link; 2016: 29–49. DOI: 10.1007/978-3-319-38882-3_2.

10. Schцfer C., Weipoltshammer K. Nucleolus and chromatin. Histochem Cell Biol. 2018; 150 (3): 209–225. DOI: 10.1007/s00418-018-1696-3. PMID: 30046888.

11. Slomnicki L. P., Hallgren J., Vashishta A., Smith S. C., Ellis S. R., Hetman M. Proapoptotic requirement of ribosomal protein L11 in ribosomal stress-challenged cortical neurons. Mol Neurobiol. 2018; 55 (1): 538–553. DOI: 10.1007/s12035-016-0336-y. 14. PMID: 27975169.

12. Regier M., Liang J., Choi A., Verma K., Libien J., Hernández A. I. Evidence for decreased nucleolar PARP-1 as an early marker of cognitive impairment. Neural Plast. 2019; 2019: 4383258. DOI: 10.1155/2019/4383258. PMID: 31827497.

13. Wang X., Zhang X. Y., Liao N. Q., He Z.H., Chen Q. F. Identification of ribosome biogenesis genes and subgroups in ischaemic stroke. Front Immunol. 2024; 15: 1449158. DOI: 10.3389/fimmu.2024.1449158. PMID: 39290696.

14. Chen Q. M. The Odds of protein translation control under stress. Antioxid Redox Signal. 2024; 40 (16-18): 943–947. DOI: 10.1089/ars.2023.0478. PMID: 38573012.

15. Hellas J. A., Andrew R. D. Neuronal swelling: a non-osmotic consequence of spreading depolarization. Neurocrit Care. 2021; 35 (Suppl 2): 112–134. DOI: 10.1007/s12028-021-01326-w. PMID: 34498208.

16. Murphy T. R., Davila D., Cuvelier N., Young L.R, Lauderdale K., Binder D. K., Fiacco T. A. Hippocampal and cortical pyramidal neurons swell in parallel with astrocytes during acute hypoosmolar stres. Front Cell Neurosci. 2017; 11: 275. DOI: 10.3389/fncel.2017.00275. PMID: 28979186.

17. Chen S., Shao L., Ma L. Cerebral edema formation after stroke: emphasis on blood–brain barrier and the lymphatic drainage system of the brain. Front Cell Neurosci. 2021; 15: 716825. DOI: 10.3389/fncel.2021.716825. PMID: 34483842.

18. Stokum J. A., Gerzanich V., Simard J. M. Molecular pathophysiology of cerebral edema. J Cereb Blood Flow Metab. 2016; 36 (3): 513–538. DOI: 10.1177/0271678X15617172. PMID: 26661240.

19. Зиматкин С. М. Бонь Е. И. Темные нейроны мозга. Морфология. 2017; 152 (6): 81–86. DOI: 10.17816/morph.398200.

20. Авдеев Д. Б., Степанов С. С., Горбунова А. В., Шоронова А. Ю., Макарьева Л. М., Акулинин В. А., Коржук М. С., Заболотных М. В. Темные нейроны сенсомоторной коры белых крыс после острой неполной ишемии в аспекте артефактов фиксации и нейроглиальных взаимоотношений. Журнал анатомии и гистопатологии. 2021; 10 (2): 9–20. DOI: 10 18499/2225-7357-2021-10-2-9-22.

21. Gallias F., CsordasA., Schwartz A., Mazlo M. «Dark» (compacted) neurons may not die in a necrotic manner. Exp Brain Res. 2005; 160 (4): 473–86. DOI: 10.1007/s00221-004-2037-4 PMID: 15480602. PMID: 15480602.

22. Ahmadpour S., Behrad A., Fernández-Vega I. Dark neurons: a protective mechanism or a mode of death. Journal of Medical Histology. 2019; 3 (2): 125–131. DOI: 10.21608/jmh.2020.40221.1081.

23. Kockelkoren R., De Vis J. B., Stavenga M., Mali W. P. Th. M., Hendrikse J., Rozemuller A. M., Koek H. L., et al, the DUST study group. Hippocampal calcification on brain CT: prevalence and risk factors in a cerebrovascular cohort. Eur Radiol. 2018; 28 (9): 3811–3818. DOI: 10.1007/s00330-018-5372-8. PMID: 29619516.

24. Дзреян В. А., Хайтин А. М., Демьяненко С. В. Нарушение кальциевого гомеостаза и ответные изменения в кальциевой сигнализации нейронов и глиальных клеток при фотодинамическом воздействии. Биологические мембраны: Журнал мембранной и клеточной биологии. 2022; 39 (4): 283–291. DOI: 10.31857/S0233475522040041.

25. Casas A. I., Kleikers P.Wm., Geuss E., Langhauser F., Adler T., Busch D. H., Gailus-Durner V., et al. Calcium-dependent bloodbrain barrier breakdown by NOX5 limits postreperfusion benefit in stroke. J Clin Invest. 2019; 129 (4): 1772–1778. DOI: 10.1172/JCI124283. PMID: 30882367.

26. Winick-Ng W., Kukalev A., Harabula I., Zea-Redondo L., Szabó D., Meijer M., SerebreniL., et al. Cell-type specialization is encoded by specific chromatin topologies. Nature. 2021; 599 (7886): 684–691. DOI: 10.1038/s41586-021-04081-2. PMID: 34789882.

27. Mirabella A. C., Foster B. M., Bartke T. Chromatin deregulation in disease. Chromosoma. 2016; 125: 75–93. DOI: 10.1007/s00412-015-0530-0. PMID: 26188466.

28. Aleksandrov R., Hristova R., Stoynov S., Gospodinov A. The chromatin response to double-strand DNA breaks and their repair. Cells. 2020; 9 (8): 1853. DOI: 10.3390/cells9081853. PMID: 32784607.

29. Su Y., Shin J., Zhong C., Wang S., Roychowdhury P., Lim J., Kim D., et al. Neuronal activity modifies the chromatin accessibility landscape in the adult brain. Nat Neurosci. 2017; 20 (3): 476–483. DOI: 10.1038/nn.4494. PMID: 28166220.

30. Kirmes I., Szczurek A., Prakash K., Charapitsa I., Heiser C., Musheev M., Schock F., et al. A transient ischemic environment induces reversible compaction of chromatin. Genome Biol. 2015; 16: 246. DOI: 10.1186/ s13059-015-0802-2. PMID: 26541514.

31. Fullard J. F., Hauberg M. E., Bendl J., Egervari G., Cirnaru M.-D., Reach S. M., Motl J., et al. An atlas of chromatin accessibility in the adult human brain. Genome Res. 2018; 28 (8): 1243–1252. DOI: 10.1101/gr.232488.117. PMID: 29945882.

32. Li X., Egervari G., Wang Y., Berger S. L., Nat Z. L. Regulation of chromatin and gene expression by metabolic enzymes and metabolites. Nat Rev Mol Cell Biol. 2018; 19 (9): 563–578. DOI: 10.1038/s41580-018-0029-7. PMID: 29930302.

33. Falk M., Feodorova Y., Naumova N., Imakaev M., Lajoie B. R., Leonhardt H., Joffe B., et al. Heterochromatin drives compartmentalization of inverted and conventional nuclei. Nature. 2019; 570 (7761): 395–399. DOI: 10.1038/s41586-019-1275-3. PMID: 31168090.

34. Hilbert L., Sato Y., Kuznetsova K., Bianucci T., Kimura H., Jülicher F., Honigmann A., et al. Transcription organizes euchromatin via microphase separation. Nat Commun. 2021; 12: 1360. DOI: 10.1038/s41467-021-21589-3. PMID: 33649325.

35. Di Guardo G. Lipofuscin, lipofuscin-like pigments and autofluorescence. Eur J Histochem. 2015; 59 (1): 2485. DOI: 10.4081/ejh.2015.2485. PMID: 25820564.

36. Riga D., Riga S., Halalau F., Schneider F. Brain lipopigment accumulation in normal and pathological aging. Ann N Y Acad Sci. 2006; 1067: 158–163. DOI: 10.1196/annals.1354.019. PMID: 16803981.

37. Glees P., Hasan M. Lipofuscin in neuronal aging and diseases. Norm Pathol Anat (Stuttg). 1976; 32: 1–68. PMID: 639413.

38. Snyder A. N., Crane J. S. Histology, lipofuscin. 2023. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2025. PMID: 30726043 Free Books & Documents.

39. Baldensperger T., Jung T., Heinze T., Schwerdtle T., Höhn A., Grune T. The age pigment lipofuscin causes oxidative stress, lysosomal dysfunction, and pyroptotic cell death. Free Radic Biol Med. 2024; 225: 871–880. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2024.10.311. PMID: 39486751.

40. Liu K., Ding L., Li Y., Yang H., Zhao C., Lei Y., Han S., et al. Neuronal necrosis is regulated by a conserved chromatin-modifying cascade. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014; 111 (38): 13960–13965. DOI: 10.1073/pnas.1413644111. PMID: 25201987.

41. Martin L. J., Chang Q. DNA damage response and repair, DNA methylation, and cell death in human neurons and experimental animal neurons are different. J Neuropathol Exp Neurol. 2018; 77 (7): 636–655. DOI: 10.1093/jnen/nly040. PMID: 29788379.

42. Nussbacher J. K., Tabet R., Yeo G. W., Lagier-Tourenne C. Disruption of RNA metabolism in neurological diseases and emerging therapeutic interventions. Neuron. 2019; 102 (2): 294–320. DOI: 10.1016/j.neuron.2019.03.014. PMID: 30998900.

43. Delgado-Martín S., Martínez-Ruiz A. The role of ferroptosis as a regulator of oxidative stress in the pathogenesis of ischemic stroke. FEBS Lett. 2024; 598 (17): 2160–2173. DOI: 10.1002/18733468.14894. PMID: 38676284.

44. Brown G. C. Neuronal loss after stroke due to microglial phagocytosis of stressed neurons. Int J Mol Sci. 2021; 22 (24): 13442. DOI: 10.3390/ijms222413442. PMID: 34948237.

45. Galloway D. A., Phillips A. E.M., Owen D. R.J., Moore C. S. Phagocytosis in the brain: homeostasis and disease. Front Immunol. 2019; 10: 790. DOI: 10.3389/fimmu.2019.00790. PMID: 31040847.

46. Wakida N. M., Cruz G. M. S., Ro C.C., Moncada E. G., KhatibzadehN., Flanagan L. A., Berns M. W. Phagocytic response of astrocytes to damaged neighboring cells. PLoS One. 2018; 13 (4): e0196153. DOI: 10.1371/journal.pone.019615.

47. Yanumula A., Cusick J. K. Biochemistry, extrinsic pathway of apoptosis. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2025. PMID: 32809646 Free Books & Documents.

48. Glover H. L., Schreiner A., Dewson G., Tait S. W. G. Mitochondria and cell death. Nat Cell Biol. 2024, 26 (9): 1434–1446. DOI: 10.1038/s41556-024-01429-4. PMID: 38902422.