У молодых взрослых и здоровых животных нервно-мышечное соединение (NMJ) представляет собой очень стабильную связь между пресинапсом, нервным окончанием α-моторного аксона, и постсинапсом, специализированной областью экстрафузального мышечного волокна, где никотиновые ацетилхолиновые рецепторы (AChR) избирательно агрегируют1. Почти идеальное расположение пре- и постсинаптических аппаратов необходимо для правильной нейротрансмиссии, выживания α-моторных нейронов и мышечных волокон, а также двигательной функции. К сожалению, на функцию NMJ негативно влияет старение, такие заболевания, как боковой амиотрофический склероз (БАС), аутоиммунные заболевания и травмы мышц и периферических нервов2-5. Эти повреждения часто приводят к дегенерации пресинаптических нервных окончаний, в результате чего мышцы денервируются и значительно изменяются двигательные навыки. По этой причине идентификация молекул, которые функционируют для поддержания и восстановления NMJ, стала приоритетной задачей. Поскольку периферические нервы регенерируют и реиннервируют мишени, модели повреждения периферических нервов были использованы для идентификации молекулярных изменений, связанных с регенерацией NMJ.
Модели повреждения периферических нервов часто включают в себя либо полное перерезание, либо раздавливание определенных нервных ветвей6. После разреза эндоневриальная трубка должна быть реформирована, что замедляет регенерацию аксонов и реиннервацию клеток-мишеней и тканей. Тяжесть этого типа травмы также приводит к тому, что аксоны отклоняются от своего первоначального пути, что приводит к тому, что они не достигают первоначальных целей. Это отличается от нервов, поврежденных в результате раздавливания, когда эндоневрий остается непрерывным, обеспечивая путь для эффективного и правильного восстановления регенерирующих аксонов. Это также позволяет аксонам находить и ренервировать своих исходных партнеров по мышечным волокнам. Независимо от модели травмы, существует ряд клеточных и молекулярных изменений, которые должны произойти для регенерации аксонов и реиннервации мишеней. После травмы сегмент нерва, расположенный проксимальнее мишени, разрушается и удаляется с помощью процесса, называемого Уоллеровой дегенерацией7. Этот процесс включает в себя перепрограммирование и дедифференцировку шванновских клеток в немиелинизирующие клетки, которые секретируют регенеративные факторы, очищают миелин и рекрутируют макрофаги к месту повреждения. Макрофаги, в свою очередь, завершают выведение миелина и аксонального мусора, которые в противном случае препятствовали бы росту регенерирующего аксона9. Параллельно моторные и сенсорные нейроны активируют механизмы, необходимые для содействия регенерации их разорванных аксонов. Как только регенерирующий аксон достигает цели, он должен превратиться из ростового конуса в нервное окончание, способное правильно передавать (для моторных аксонов) илипринимать (для сенсорных аксонов) информацию. В связи с этим альфа-моторные аксоны претерпевают ряд хорошо организованных изменений, кульминацией которых является то, что их конус роста дифференцируется в полностью функциональное пресинаптическое нервное окончание, которое почти идеально противостоит постсинаптическому участку на мышечном волокне-мишени.
Седалищный, большеберцовый и добавочный нервы были основным выбором для изучения регенерации аксонов и NMJ12-14. Тем не менее, существует ряд недостатков при использовании этих моделей для изучения клеточных и молекулярных изменений, связанных с регенерацией NMJ между животными и в различных условиях. Во-первых, седалищный нерв снабжает большую часть мышц задней конечности, при этом травма значительно ограничивает как движение, так и чувствительность. Таким образом, невозможно использовать этот метод для изучения влияния физических упражнений отдельно или в сочетании с другими факторами. Кроме того, седалищный нерв является довольно толстой структурой и, таким образом, требует большого сжимающего усилия, чтобы полностью травмировать все аксоны. Это, в свою очередь, может привести к полной транссекции более поверхностных аксонов, оставляя эндоневральную трубку более глубоких аксонов нетронутой, что приводит к значительной вариабельности скорости и точности регенерации среди этих аксонов. Полная перерезка этого нерва еще менее желательна, учитывая, что многие аксоны не смогут воссоединиться с теми же мышечными волокнами. Дело осложняется тем, что седалищный нерв обладает внутренней анатомической изменчивостью, как в количестве, так и в месте происхождения его концевых нервных ветвей. Поэтому очень трудно нанести поражение на одном и том же участке. В то время как большеберцовый нерв меньше и более подвержен раздавливанию, также нет легкодоступного ориентира, который мог бы служить местом поражения этой нервной ветви.
Добавочная ветвь нерва (часть черепно-мозгового нерва XI), которая снабжает грудино-ключично-сосцевидную мышцу, также была использована для изучения регенерации NMJ15. Этот нерв особенно привлекателен, потому что NMJ в грудино-ключично-сосцевидной мышце могут быть легче визуализированы у живых животных по сравнению с NMJ в других мышцах. Но, как и в случае с седалищным и большеберцовым нервами, нет конкретного ориентира, который можно было бы использовать для повреждения этого нерва в одном и том же месте, ограничивая его в качестве модели для сравнения регенерации NMJ среди отдельных животных экспериментальной когорты. Непостоянный участок поражения вносит вариабельность в скорость реиннервации NMJ. Из-за этих недостатков представленная здесь процедура использует повреждение другой ветви периферического нерва для исследования регенерирующих NMJ.
Общий малоберцовый нерв, также называемый общим малоберцовым нервом, содержит множество особенностей, которые делают его надежным нервом для изучения регенерации NMJ между животными и при различных методах лечения. Общий малоберцовый нерв имеет предсказуемое анатомическое течение, поскольку он проходит по сухожилию латеральной головки икроножной мышцы в колене, пересечение которого служит стабильным ориентиром для поражений. Доступ к нерву осуществляется через небольшой и минимально инвазивный разрез рядом, но анатомически отделенный от интересующих мышц. Представленные здесь результаты демонстрируют, что регенерирующие моторные аксоны начинают реформировать NMJ в мышце-разгибателе пальца (EDL) через 8 дней после раздавливания малоберцового нерва у 70-дневных молодых самок мышей. Важно отметить, что характер и скорость реиннервации постоянны у животных одного возраста и пола и, следовательно, обеспечивают надежную модель травмы, которая значительно ускорит наше понимание клеточных и молекулярных изменений, необходимых для поддержания и восстановления NMJ.