Mikroglie sietnice a mozgu pri roztrúsenej skleróze a neurodegenerácii, časť 1

Abstrakt:

Mikroglie sú rezidentné imunitné bunky centrálneho nervového systému (CNS), vrátane sietnice. Podobne ako mozgové mikroglie, aj sietnicové mikroglie sú zodpovedné za dohľad nad sietnicou, pričom rýchlo reagujú na zmeny prostredia zmenou morfotypov a funkcií. Mikroglie sa aktivujú pri zápalových reakciách pri neurodegeneratívnych ochoreniach, vrátane roztrúsenej sklerózy (MS).

Náš mozog je zložitý orgán obsahujúci širokú škálu neurónov a nervových okruhov. Vzájomné prepojenia medzi týmito štruktúrami sú kľúčové pre fungovanie pamäte. Keď sa niečo nové naučíme alebo niečo nové zažijeme, mozog ukladá zodpovedajúce informácie do synapsií medzi neurónmi. Postupom času sa spojenia medzi synapsiami postupne posilňujú, čo je dlhodobá pamäť.

Ak je náš centrálny nervový systém v nerovnováhe, prejaví sa to na našej pamäti. Najčastejším príkladom je strata pamäti u starších ľudí. Tento stav je často spôsobený smrťou neurónov a oslabením spojení medzi neurónmi v dôsledku starnutia. Navyše, niektoré neurologické ochorenia môžu narušiť aj normálnu funkciu mozgu, a tým ovplyvniť našu pamäť. Ale tieto problémy nie sú nezvratné a vedecké metódy môžu pomôcť zlepšiť a chrániť pamäť.

Môžeme podporiť zdravie centrálneho nervového systému a zlepšiť pamäť vykonaním zmien v našom životnom štýle. Príklady zahŕňajú pravidelnú fyzickú aktivitu, dostatočný spánok, zdravú výživu a mozgové cvičenia. Tieto opatrenia nielen pomáhajú udržiavať fyzické zdravie, ale tiež podporujú zdravie mozgu a znižujú stratu neurotransmiterov, čím zlepšujú pamäť.

Celkovo existuje silné spojenie medzi centrálnym nervovým systémom a pamäťou. Mali by sme venovať pozornosť svojim životným návykom, aby náš mozog fungoval čo najzdravšie a použiť to ako základ na udržanie našej pamäte. Je vidieť, že si musíme zlepšiť pamäť. Cistanche môže výrazne zlepšiť pamäť, pretože mäsová pasta je tradičný čínsky liečivý materiál s mnohými jedinečnými účinkami, z ktorých jedným je zlepšenie pamäte. Účinnosť mletého mäsa pochádza z rôznych aktívnych zložiek, ktoré obsahuje, vrátane karboxylovej kyseliny, polysacharidov, flavonoidov atď. Tieto zložky môžu podporovať zdravie mozgu rôznymi kanálmi.

Kliknite na vedieť krátkodobú pamäť, ako sa zlepšiť

Keď sú aktivované stresovými stimulmi, sietnicové mikroglie menia svoju morfológiu a aktivitu s priaznivými alebo škodlivými dôsledkami. V tomto prehľade popisujeme charakteristiky mikroglií CNS, vrátane mikroglií v sietnici, so zameraním na ich morfológiu, aktivačné stavy a funkciu v oblasti zdravia, starnutia, SM a iných neurodegeneratívnych ochorení, ako je Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba, glaukóm, a retinitis pigmentosa, aby sa zvýraznila ich aktivita v stave. Diskutujeme aj o protichodných zisteniach v literatúre a možných spôsoboch znižovania nezrovnalostí v budúcnosti pomocou štandardizovanej metodológie, napr. automatizovaných algoritmov, aby sme umožnili komplexnejšie pochopenie tejto vzrušujúcej oblasti výskumu.

Kľúčové slová:

sietnica; mikroglie; neurodegenerácia; roztrúsená skleróza; mikroglie sietnice; morfotyp mikroglie.

1. Úvod

Mikroglie sú rezidentné imunitné gliové bunky centrálneho nervového systému (CNS). Dynamicky sa posúvajú do rôznych morfológií, ktoré sú tiež spojené so špecifickými aktivačnými stavmi, ktoré môžu súvisieť s neuroprotektívnymi a/alebo neurotoxickými funkciami v reakcii na podnety, poranenia alebo urážky [1–6]. Tieto morfologické a funkčné zmeny sú nevyhnutné na podporu zdravého CNS tým, že prispievajú k homeostáze [2,7,8]. Objavujúce sa dôkazy však začali ukazovať zapojenie mikroglií do ochorenia, pričom mikrogliálna dysfunkcia môže byť spôsobená ochorením a/alebo spôsobiť rozšírené patologické stavy súvisiace s ochorením [2].

Napriek tomu presný stupeň zapojenia a mechanizmy, ako môžu mikroglie ovplyvniť zdravie a choroby, nie sú známe a v súčasnosti sa skúmajú. Účelom tohto prehľadu bolo zhromaždiť informácie o charakteristikách mikroglií CNS, vrátane mikroglií v sietnici, so zameraním na ich aktivačné stavy, morfológiu a funkciu, o zdraví a chorobe. V prvej časti sme zostavili rozsiahly popis hlavných znakov mikroglií vo všeobecnom CNS a sietnici.

Vysvetľujeme tiež niektoré mikrogliálne zmeny, ktoré sa vyskytujú počas normálneho vývoja a procesu starnutia. V ďalšej časti rozoberáme súčasné chápanie roztrúsenej sklerózy (SM) ako autoimunitného ochorenia, prekvapivo bežné očné prejavy SM, mikroglie pri SM a napokon mikroglie pri iných neurodegeneratívnych ochoreniach. Nakoniec poskytujeme pohľad na to, prečo môžu existovať protichodné zistenia o charakteristikách CNS a sietnicových mikroglií. Tu navrhujeme rôzne metódy experimentovania, ako je použitie automatizovaných algoritmov, aby sme dosiahli presvedčivejšie a konzistentnejšie výsledky.

2. Mikroglia

CNS sa skladá z niekoľkých rôznych typov buniek, z ktorých 5–10 % tvoria mikroglie, rezidentné imunitné bunky [9]. Pôvodne sa predpokladalo, že mikroglie existujú ako kľudové alebo „odpočívajúce“ bunky, ktoré neustále sledujú svoje mikroprostredie a hľadajú akékoľvek stimuly alebo poranenia, ktoré môžu byť škodlivé [5]. Naopak, novšie zistenia navrhli vysvetlenia ich dynamických vlastností. Mikroglie sa môžu posunúť do rôznych morfologických stavov, ktoré sa označujú ako morfotypy. Každý morfotyp bol korelovaný s rôznymi aktivačnými stavmi, ktoré boli tiež spojené s jedinečnými funkciami potrebnými na zachovanie fyziologicky „normálneho“ prostredia [5].

Akonáhle sú mikroglie aktivované z ich pokojového stavu, môžu sa ďalej diferencovať na dva hlavné fenotypy: M1 a M2 [6]. Hoci chýba pochopenie špecifických mechanizmov, ktoré vyvolávajú túto diferenciáciu, mikroglie M1 a M2 sú tiež spojené s odlišnými cytokínmi, chemokínmi a trofickými faktormi [6]. Prozápalové reakcie sú spojené s „klasicky“ aktivovanými mikrogliami M1, ktoré podporujú neurozápal ako odpoveď na urážku alebo poranenie, vytvárajú neurotoxické prostredie a odstraňujú dysfunkčné fragmenty bunkového odpadu [6]. Môže k tomu dôjsť v dôsledku zápalových faktorov, ako je interleukín-1ß (IL-1ß), tumor nekrotizujúci faktor alfa (TNFalfa) a indukovateľná syntáza oxidu dusnatého (iNOS) [6,10] .

Naopak, „alternatívne“ aktivované mikroglie M2 sú notoricky zodpovedné za protizápalové reakcie, ktoré podporujú neuroprotektívne a regeneračné procesy [6,10]. Nedávno boli nájdené najmenej tri ďalšie subfenotypy typu M2 (M2a-c) [11], pričom konkrétne typ M2a secernuje protizápalové faktory, ako je IL-10 a inzulín ako napr. ako rastový faktor-1 (IGF{14}}), ktorý podporuje odstraňovanie bunkového odpadu a neuroprotekciu [6,11,12].

Hovorí sa, že M2b je stimulovaný zápalovými faktormi, ako sú IL-1ß a lipopolysacharidy (LPS), ktoré môžu tiež zvýšiť expresiu IL-10 [11]. Zistilo sa, že tieto M2b mikroglie majú fagocytárne vlastnosti v mozgoch modelovaných pre Alzheimerovu chorobu (AD) a exprimujú vysoké hladiny CD64 [11]. M2c „získava deaktiváciu“ IL-10 alebo glukokortikoidmi, čo zase zvyšuje expresiu rastových faktorov, ako je TGFß [11]. Napriek týmto rozdielom je aktivácia M1 a M2 funkčne potrebná na zaručenie odstránenia dysfunkčných buniek alebo škodlivých agregátov bunkového odpadu [6]. Mikroglie M1 sa zvyčajne podieľajú na odstraňovaní zvyškov buniek a táto zápalová odpoveď musí byť kontrolovaná mikrogliami M2, aby sa predišlo zbytočne dlhotrvajúcemu zápalu [6].

Často pri patologických procesoch môže byť ovplyvnená typická rovnováha polarizácie M1 a M2 pozorovaná v normálnych podmienkach [6]. To môže viesť k odstráneniu zdravých buniek v dôsledku nadmerného zápalu M1 a tlmiaci účinok M20 s M1 môže byť prekonaný a spôsobiť ďalšie poškodenie [6]. Toto sa často vyskytuje pri neurodegeneratívnych ochoreniach, a preto boli navrhnutí niektorí terapeutickí kandidáti, ktorí sa zameriavajú na polarizáciu M1 a M2 [13]. Napriek tomu sa objavujú aj dôkazy, ktoré naznačujú, že polarizácia M1/M2 môže byť zastaraná. Prvýkrát bol predstavený a použitý na prispôsobenie jednoduchších metód interpretácie údajov [14].

Nedávny technologický pokrok však odhalil prekrývajúce sa morfologické a genetické charakteristiky medzi typmi M1/M2, čo naznačuje potrebu prehodnotiť typy mikroglií [14]. Nedávno boli mikroglie spojené s ochorením (DAM) tiež rozpoznané ako jedinečný typ mikroglie pozorovaný pri ochorení [14]. DAM sa vyznačujú mikrogliami, ktoré exprimujú nízke hladiny dozorných a homeostatických génov a vysoké hladiny markerov spojených s degeneráciou, ako sú spúšťacie receptory exprimované na myeloidných bunkách 2 (TREM2) [14,15].

Pokiaľ ide o morfológiu, existuje asi päť hlavných mikrogliálnych morfotypov, ktoré boli rozpoznané, vrátane rozvetvených, hyper-rozvetvených, aktivovaných, améboidných a tyčových typov. V podmienkach, ktoré nie sú aktivované alebo „neaktívne“ sa mikroglie javia ako „rozvetvené“. Sú rozmiestnené rovnomerne ako „mozaika“, pričom každé pozostáva z malého a okrúhleho bunkového tela, ku ktorému je pripojených niekoľko tenkých a dlhých procesov, ktoré sa neustále vysúvajú a zasúvajú, aby sa uľahčila ich funkcia dohľadu (obrázok 1) [2,5,16] .

Experimentálne in vivo zobrazovanie mozgu ukázalo, že tieto dynamické procesy sa dostávajú do blízkosti neurónov, glií a krvných ciev, čo naznačuje, že mikroglie aktívne spolupracujú s inými časťami kôry na udržaní fyziologicky normálneho prostredia CNS [17]. Rozvetvené mikroglie môžu niekedy rozpoznať zmeny v mikroprostredí a reagovať tak, že sa zmenia na „hyper-rozvetvené“ mikroglie, ktoré sú typicky definované hojnejšími procesmi, ktoré sú dlhšie a hrubšie, pripojené k väčším, lalokovým a nepravidelne tvarovaným bunkovým telám (obrázok 1) [16,18] ]. Väčšina typov primovaných „nerozvetvených“ mikroglií, vrátane hyper-rozvetvených buniek, je rozptýlená v CNS v nepravidelnej a „zhlukovej“ distribúcii [2].

Hyper-rozvetvené mikroglie sa môžu tiež presunúť do aktivovanej formy po vystavení výrazne škodlivým stimulom, ktoré majú tiež podobné bunkové telá ako hyper-rozvetvené bunky, pričom majú oveľa menej procesov, ktoré sú hrubšie a kratšie (obrázok 1) [2,16,19]. . Keď sú škodlivé stimuly značne predĺžené, aktivované mikroglie sa môžu premeniť do „améboidného“ stavu s guľatejšou, väčšou a pravidelnejšie tvarovanou bunkou a veľmi malým alebo žiadnym procesom (obrázok 1) [16,18]. Nedávno znovu objavený morfotyp je „tyčinková“ mikroglia charakterizovaná dlhým bunkovým telom v tvare klobásy s niekoľkými procesmi, ktoré nemusia vždy presahovať dĺžku rozvetvenej mikroglie (obrázok 1) [20,21].

Hoci nové dôkazy ukázali, že tyčinkové mikroglie sa lokalizujú v blízkosti neurónov a zarovnávajú sa pozdĺž nervových vlákien, ich presná funkcia ešte nebola objavená [20–23]. Konečným typom je améboidná mikroglia, často označovaná ako fagocytárny typ, ktorý sa presúva na miesto poškodenia a fagocytuje mŕtve alebo odumierajúce neuróny a bunkové zvyšky (obrázok 1) [5,24]. Nedávno sa objavujúce dôkazy viedli k teórii, že hyper-rozvetvené, aktivované a tyčinkové morfotypy môžu byť „prechodnými“ formami, ktoré existujú medzi rozvetveným a améboidným stavom [5,25].

2.1. Mikroglia sietnice

Sietnica je nevyhnutnou súčasťou CNS. Vzhľadom na jej transparentnosť pre svetlo je možné na vizualizáciu sietnice použiť menej invazívne zobrazovacie modality s vysokým rozlíšením [26,27]. Je známy najmä tým, že sa podieľa na premene svetelnej energie na elektrické signály [28]. U ľudí sa sietnica vyvíja od prvého mesiaca embryologicky do konca prvého roka, pričom pochádza z neuroektodermy [28,29]. Sietnica pozostáva z niekoľkých odlišných vrstiev, pričom najvnútornejšou vrstvou je vrstva nervových vlákien sietnice (RNFL), potom vrstva gangliových buniek (GCL), vnútorná plexiformná vrstva (IPL), vnútorná jadrová vrstva (INL), vonkajšia plexiformná vrstva (OPL), vonkajšia jadrová vrstva (ONL) a posledná vrstva retinálny pigmentový epitel (RPE) (obrázok 2) (29) V týchto vrstvách existuje niekoľko typov buniek, vrátane amakrinných buniek, Mullerových buniek, astrocytov, horizontálnych buniek , tyčinkové a kužeľové fotoreceptory a bipolárne bunky, z ktorých všetky možno nájsť aj vo zvyšku CNS [29].

Približne 0,2 % z celkového počtu buniek sietnice tvoria mikroglie, z ktorých 50 % sa zvyčajne nachádza v IPL, zatiaľ čo zvyšok sa nachádza v OPL (obrázok 2) [2]. Prostredníctvom vývoja a homeostázy sa mikroglie dynamicky pohybujú cez rôzne vrstvy sietnice, aj keď sa vyhýbajú ONL [2]. Okrem toho mnohé modely ochorení sietnice a poranenia sietnice ukázali, že mikroglie môžu migrovať do oblasti degenerácie, aktivovať sa a proliferovať [30,31], ako je podrobnejšie opísané neskôr. Aj keď sa sietnicové aj mozgové mikroglie vyvinuli z primitívneho žĺtkového vaku, vzhľad každého morfotypu sa môže líšiť v závislosti od oblasti CNS [10].

Napríklad mikroglie v striate, hipokampe a frontálnom kortexe majú väčšie telá buniek s viacerými procesmi v porovnaní s mikrogliami v mozočku [32]. Okrem toho existujú dôkazy, že odlišné vrstvy mozgovej kôry obsahujú mikroglie rôznych veľkostí [32]. Vzhľad morfotypu sa môže tiež líšiť v závislosti od použitých metód alebo osí disekcie. Napríklad rozvetvené mikroglie sa môžu javiť ako horizontálne rozvetvené, ktoré sa pri pozorovaní v priereze javia ako jedna horizontálne dlhá bunka, zatiaľ čo pri celoplošnom pozorovaní sa javia ako a podobne ako vyššie uvedený štandardný morfologický popis rozvetvených mikroglií [2,33 ].

Keď sú mikroglie primované a stávajú sa hyper-rozvetvenými, ich procesy sa rozširujú radiálne a dosahujú cez rôzne vrstvy, čo je lepšie vizualizovateľné pri prierezovej disekcii v porovnaní s celoplošnými pozorovaniami [2,33]. Napriek týmto rozdielom sa zistilo, že mikroglie sietnice a mozgu zdieľajú expresiu niekoľkých transkripčných faktorov [2]. Početné štúdie tiež dokázali pozorovať každý morfotyp v mozgu aj sietnici [2,4,5,22,33,34]. Stále však nie je jasné, či každý morfotyp v oboch oblastiach CNS zdieľa rovnaké znaky [2].

2.2. Molekulové markery a stimuly ovplyvňujúce mikrogliálnu morfológiu

Podobne ako v mozgu, jednotlivé morfotypy mikroglií v sietnici môžu byť výsledkom mikrogliálnych reakcií na rôzne cytokíny, chemokíny alebo molekulárne vzorce súvisiace s poškodením prítomné v jeho mikroprostredí, čo naznačuje heterogenitu v mikrogliálnej genetickej expresii [9]. Napríklad sa uvádza, že rozvetvené mikroglie majú vysokú expresiu P2RY12, ktorá je často spojená s funkciami dohľadu, zatiaľ čo améboidné mikroglie exprimujú vysoké hladiny CD68 – notoricky známeho markera fagocytózy [35,36].

Rozdielne úrovne expresie mikrogliálnych iónových kanálov a povrchových receptorov môžu tiež interagovať s takýmito molekulami (napr. cytokínmi) v mikrogliálnom mikroprostredí, čo vedie k mikrogliálnym zmenám vrátane hustoty, priestorovej distribúcie, aktivačného stavu a morfotypu a patogenézy ochorenia [9,37]. Napríklad transformujúci rastový faktor beta (TGFß) je dôležitý mikrogliálny cytokín, ktorý sa pleiotropne podieľa na fyziologickom vývoji neurónov a ciev sietnice [37]. Ma et al. pozorovali iba-1 pozitívne mikroglie z celých sietníc tamoxifénom indukovanú abláciu TGFßR2 (TGFß receptor) u 2-mesačných myší Cx3cr1CreER/+, Tgfbr2flox/flox [37 ].

Mikrogliálna morfológia sa objavila rozvetvená 1 deň po ablácii TGFßR2 (PTA), ktorá sa potom stala menej rozvetvenou „stubby“ procesmi o 2–5 dní PTA a nakoniec sa objavila zdĺhavými procesmi, ktoré boli zarovnané pozdĺž krvných ciev sietnice do 3–10 týždňov. PTA [37]. Analýzy retinálnej mikroglie s odstránením TGFßR2 v reálnom čase (RT-PCR) odhalili zníženú expresiu rastových faktorov (napr. BDNF, PDGFA) a zvýšenú expresiu zápalových aktivačných markerov (napr. MHCII, CD68). Toto nebolo pozorovateľné u zdravých mikroglií.

Okrem toho, zatiaľ čo zvieratá s abláciou TGFßR2 nevykazovali žiadne účinky na vaskulatúru sietnice, zaznamenali stenčenie sietnice a zvýšenú mieru patologickej choroidálnej neovaskularizácie v reakcii na poranenie [37].

2.3. Extracelulárne vezikuly: Účinky na mikroglie

Retinálne (a mozgové) mikroglie tiež vylučujú extracelulárne vezikuly (EV), čo sú častice viazané na membránu zložené z mRNA, miRNA, DNA, cytokínov, lipidov a proteínov, ktoré sa považujú za biopsiu pôvodnej bunky [6,38,39]. . EV sa podieľajú na komunikácii medzi bunkami tým, že transportujú svoje neuroprotektívne/toxické zložky v reakcii na intracelulárne a extracelulárne podnety, keď sa pohybujú cez krvný obeh a cerebrospinálny mok (CSF), aby dosiahli iné bunky v tesnej a vzdialenej blízkosti [6, 38,39].

EVs include exosomes and exosomes, which consist of apoptotic bodies and microvesicles [39]. Firstly, many endosomal vesicular bodies fuse to form exosomes (40–160 nm in size) which are then released for intercellular communication [39]. Secondly, microvesicles instead originate from the plasma membrane undergoing outward budding (100–1000 nm) [38]. Finally, apoptotic bodies are >1 000 nm vo veľkosti a forme cez membránové bubliny dezintegrujúcich sa, napr. retinálnych mikroglií [38]. Zložky apoptotických telies, ako je fosfatidylserín, modulujú mikrogliálnu fagocytózu [38,39]. V dôsledku týchto rôznych vlastností sa mikrogliálne EV nedávno začali skúmať na neurodegeneratívne ochorenia.

2.4. Mikroglia a starnutie

Mikrogliálne bunky v sietnici novorodených a postnatálnych potkanov majú okrúhly alebo améboidný tvar a vykazujú pseudopodálne procesy zapojené do fagocytózy bunkového odpadu a prestavby vývojovej synapsie [2]. Postupne, ako sa blíži druhý a tretí týždeň postnatálneho obdobia, telá mikrogliálnych buniek sa zmenšujú s jemnými vetvami [2], za predpokladu vysoko rozvetveného fenotypu s pokrokom vo vývoji mozgu [40]. Táto progresia sa odráža aj v oblastiach mozgu, vrátane cerebellum, čo naznačuje, že mikroglie sa aktívne podieľajú na dozrievaní CNS.

Štúdia skúmala charakteristiky kortikálnych mikroglií u starých dospelých myší (24 mesiacov) a mladých dospelých myší (6 mesiacov), aby sa zistila znížená hustota mikroglií a nepravidelne distribuované zhluky [41]. Štúdie retinálnej mikroglie však odhalili niektoré protichodné výsledky.

Po prvé, boli skúmané podobné vekové skupiny myší ako v predchádzajúcej štúdii (18–24 mesiacov vs. 3–4 mesiace), aby sa zistilo, že starší dospelí mali významne zvýšenú hustotu mikroglií sietnice v porovnaní s mladšími dospelými myšami [42]. To naznačuje, že mikrogliálne reakcie na starnutie môžu byť špecifické pre daný región. Ďalšia kontrola zobrazovania sietnice v reálnom čase ukázala, že väčšina starých dospelých mikroglií má menej a kratšie procesy, čo naznačuje aktivované alebo améboidné mikroglie, ako tie u mladých myší [42].

Zistilo sa, že sú usporiadané v mozaikovom rozložení. Novšia štúdia sa zamerala na morfologické rozdiely a rozdiely v expresii markerov celoplošných retinálnych mikroglií u starých (15 mesiacov) a mladých (vek nešpecifikovaný) myší [43]. Na rozdiel od výsledkov Damaniho et al., táto štúdia nezistila žiadne významné rozdiely v iba-1 pozitívnej hustote buniek sietnice mikroglií a ploche pokrytej procesmi medzi týmito dvoma vekovými skupinami, zatiaľ čo oblasť bunkového soma v OPL, IPL, NFL a GCL a počet vertikálnych procesov sa výrazne zvýšil [42,43].

Okrem toho mladé bunky mikroglie väčšinou exprimovali P2RY12 a žiadny CD68, zatiaľ čo staré mikroglie boli CD68+ a vyzerali ako améboidné [43]. Tieto výsledky namiesto toho naznačujú, že so starnutím môžu mikroglie posunúť svoje morfológie a genetický profil, aby sa prispôsobili procesu starnutia [43]. FernándezAlbarral a kol. však nezverejňujú presný vek, druh myší ani použité metódy kvantifikácie. Takéto rozdiely medzi štúdiami môžu ovplyvniť výsledky.

Staršie mikroglie sa stávajú menej dynamickými a vykazujú výrazne pomalšiu motilitu procesov v porovnaní s ich mladšími náprotivkami, čo pravdepodobne ohrozuje ich schopnosť neustále skúmať a interagovať s prostredím [42]. Posmrtné vyšetrenia hipokampu a kortikálnej kôry u dospelých „mladých“, „stredných“ alebo „starých“ (20 – 69 vs. 70+ vs. 90+ rokov) dospelých odhalili špecifickejšie mikrogliálne reakcie na starnutie [4]. Zistilo sa, že tyčinkovité mikroglie sú výrazne rozšírenejšie v „strede“ v porovnaní s „mladými“ dospelými, hoci to bolo pozorované iba v hipokampe, zatiaľ čo „starí“ dospelí mali významné zvýšenie tyčinky iba v hipokampe [4]. Iné kortikálne a hipokampálne štúdie zistili podobné mikrogliálne trendy s vekom, čo naznačuje, že starnúce mikroglie môžu mať znížené schopnosti dohľadu potrebné na udržanie zdravého CNS, čo zase môže zvýšiť riziko rozvoja neurodegeneratívnych ochorení [44–46].

Myelinizované axóny neurónov sú základným znakom CNS, ktorý umožňuje účinnú vodivosť akčného potenciálu [47]. Zatiaľ čo myelín je produkovaný mnohými bunkami oligodendrocytov, podlieha neustálej obnove, pričom myelínové zvyšky sú priamo odstraňované a nepriamo nahradené mikrogliami [47,48]. Bolo však navrhnuté, že zmeny v tvorbe myelínových zvyškov v dôsledku starnutia môžu tiež viesť k dysfunkcii imunitných buniek CNS, ako sú mikroglie [49]. S vekom je teda viac poškodených molekúl spojených s myelínom a je potrebná vyššia rýchlosť obratu myelínového proteínu [49].

To vedie k zvýšenej rýchlosti rozkladu myelínu, čo spôsobuje zaťažujúcu akumuláciu myelínu, ktorý potom vytvára nerozpustné lyzozomálne agregáty v bunkách mikroglie [49]. TREM2 je exprimovaný na povrchových membránach mikrogliálnych buniek; jeho nedostatok alebo mutácia však môže vyústiť do ochorenia spôsobeného nadmernou demyelinizáciou [50]. Poliani a kol. zistili, že „staré“ mozgy s deficitom TREM2 mali demyelinizáciu s dystrofickými a améboidne vyzerajúcimi mikrogliami [50]. Hovorí sa tiež, že TREM2-pozitívne améboidné mikroglie sa potom môžu premeniť do rôznych tvarov, keď začnú produkovať faktory ako TNF a IL-1, ktoré sa považujú za „proregeneračné“ faktory [48 ].

Extracelulárna matrica je teda modifikovaná tak, aby spustila modifikáciu extracelulárnej matrice na pritiahnutie a aktiváciu oligodendrocytových prekurzorových buniek (OPC), ktoré potom remyelinizujú axón [48]. Okrem toho sa zistilo, že zdravé mikrogliálne odpovede na demyelinizáciu zvyšujú expresiu génov spojených s aktiváciou, fagocytózou a metabolizmom lipidov, zatiaľ čo v prípade mikroglií s deficitom TREM2 to tak nie je [50]. Iné štúdie ukázali, že hoci odstraňovanie trosiek mikrogliálnou fagocytózou je významnejšie s pribúdajúcim vekom, fagocytóza „mladších“ myelínov bola výkonnejšia ako „starší“ myelín [51]. Tieto zmeny súvisiace s vekom tiež korelovali s častejším výskytom „dystrofickej“ nerozvetvenej mikroglie [51]. Zatiaľ nie je veľa výskumov mikrogliálnej fagocytózy sietnice súvisiacej s myelínovými úlomkami, pravdepodobne kvôli nedostatku myelínu v samotnej sietnici.

So starnutím sa mikrogliálne populácie stávajú dystrofickými a podliehajú štrukturálnym a morfologickým zmenám. Cytoplazma sa začína fragmentovať a ich bunkové procesy postupne strácajú jemné vetvy a vykazujú sféroidné opuchy [52]. Okrem toho ich konštitutívna mikrogliálna funkcia začína klesať a vykazuje abnormálne reakcie na mikrogliálne poškodenie. Tieto zmeny v kombinácii so zmenami starnutia molekulárnej a génovej expresie v rámci mikroglií majú za následok ich zníženú schopnosť udržiavať homeostázu v imunitnom prostredí, čo môže prispieť k poruchám neurónov, kognitívnemu poklesu a chorobám súvisiacim s vekom [5,27,53– 55].

2.5. Genetické faktory: Účinky na starnúcu mikrogliu

Vek je dobre známym rizikovým faktorom neurodegeneratívnych ochorení [56–58]. Preto sa zmena génovej expresie v starnúcej sietnici stala predmetom významného záujmu. Napríklad Chen a kol. skúmali celkovú retinálnu RNA 3-mesačných a 20-mesačných myší C57BL/6 [57]. S pribúdajúcim vekom bolo 298 génov, vrátane tých, ktoré súvisia so stresovou reakciou a syntézou glykoproteínov, upregulovaných viac ako dvojnásobne, zatiaľ čo 137 génov, vrátane tých, ktoré súvisia s imunitnými a obrannými odpoveďami, bolo tiež viac ako dvojnásobne downregulovaných [57] ].

Okrem toho analýzy RT-PCR ukázali zvýšenie zápalových génov spojených s aktiváciou cytokínov, chemokínov alebo komplementu, napr. chemokínový (CC motív) ligand 2 (CCL2), CCL12 alebo komponent komplementu 3 (C3) [57]. Autori potom predpokladali, že by to mohlo odrážať mikrogliálnu aktiváciu, čo podporilo imunohistologické pozorovanie améboidnej mikroglie izolektín B4+ v IPL iba u starých myší [57]. Iná štúdia dokázala špecificky preskúmať transkripčné zmeny v starnúcej sietnicovej mikroglii porovnaním RNA extrahovanej z izolovaných sietnicových mikroglií 3-, 12-, 18- a 24-mesiac- staré myši C57BL/6 [58].

Celkovo bolo identifikovaných 719 odlišne exprimovaných génov, ktoré boli funkčne spojené s mikrogliálnou imunitnou reguláciou, napr. IL3 a IL7, angiogenézou, napr. vaskulárnymi endotelovými rastovými faktormi a trofickými rastovými faktormi, napr. neurotrofínom [58]. Je zaujímavé, že podobne ako Chen et al., expresia C3, génu spojeného s vekom podmienenou degeneráciou makuly (AMD), sa s vekom zvyšovala, čo naznačuje, že transkripčné zmeny retinálnej mikroglie súvisiace so starnutím môžu prispieť k patogenéze AMD [58].

3. Skleróza multiplex

3.1. Roztrúsená skleróza

Skleróza multiplex (SM) je chronické zápalové ochorenie CNS, ktoré postihuje približne 100000 pacientov v Spojenom kráľovstve a 2 500000 pacientov na celom svete [59]. Je zaujímavé, že môže postihnúť až trikrát viac žien ako mužov, s priemerným vekom nástupu v ranej dospelosti [60]. Zatiaľ čo prvé záznamy o patofyziologických znakoch súvisiacich s SM pochádzajú z roku 1838, ich patologické a klinické prejavy prvýkrát identifikoval ako „MS“ v roku 1863 Jean-Martin Charcot [61].

Odvtedy boli odhalené zložité patológie SM. Často sa vyskytujúce symptómy SM zahŕňajú očnú dráhu, ako je stenčenie RNFL, optická neuritída (ON) charakterizovaná zápalovým poškodením zrakového nervu a uveitída charakterizovaná vnútroočným zápalom sklovca, sietnice a uveálneho traktu [62–66]. Uvádza sa tiež, že takéto zmeny sietnice sa môžu vyskytnúť pred zmenami vo zvyšku CNS pri mnohých neurodegeneratívnych ochoreniach vrátane SM [26].

Tieto nedávne zistenia viedli k veľkému záujmu o výskum sietnice. Napriek zložitým procesom, ktoré sa podieľajú na rozvoji SM, ide o ochorenie definované autoimunitnými odpoveďami prostredníctvom aktivácie imunitných buniek, ako sú T-lymfocyty, B-lymfocyty, mikrogliové bunky a makrofágy, demyelinizácia, remyelinizácia a neurodegenerácia [12,67–69].

Dobre uznávaná hypotéza SM je, že sa vyvíja v dvoch hlavných fázach. Po prvé, T-bunky a B-bunky sprostredkovávajú zápalové reakcie uvoľňovaním cytokínov, ktoré indukujú aktiváciu zápalových buniek, ako sú mikroglie, za „uzavretou“ hematoencefalickou bariérou (BBB) ​​[68,70–72]. Chronický zápal potom môže vyústiť do mitochondriálnej dysfunkcie, čo spôsobí nedostatok energie. Po druhé, neuroprotektívne signály sú potlačené, čo zhoršuje schopnosť opraviť demyelinizáciu, poškodené axóny a neurodegeneráciu [68,70]. V dôsledku toho existujú významné blokády axonálnej vodivosti, v dôsledku čoho pacient nakoniec zostane s ireverzibilnými léziami CNS, ako je BBB, čo spôsobí, že sa stane "netesným" [68]. Toto však zostáva teóriou kvôli nedávnym objavujúcim sa dôkazom, ktoré ukazujú, že niektorí pacienti lepšie reagujú na terapeutické činidlá, ktoré sa zameriavajú na B-bunky, v porovnaní s tými, ktoré sa zameriavajú na T-bunky [70]. Hoci sa uskutočnilo viacero výskumov s použitím neustále sa vyvíjajúcich metód, neexistuje konsenzus kvôli protichodným vedeckým výsledkom [73].

3.2. Podtypy roztrúsenej sklerózy

Existuje spektrum závažnosti symptómov a rýchlosti progresie, čo odráža heterogenitu SM [70]. Najskorší prejav pacientov s SM možno rozpoznať ako klinicky izolovaný syndróm (CIS) [67]. Pacienti s CIS majú monofázické a monofokálne symptomatické epizódy, ktoré zažívajú napr. ataxiu, fotofóbiu alebo areflexiu, ktoré trvajú 24 hodín po 3 týždňoch [67]. Primárne progresívna SM (PPMS) postihuje približne 15 % pacientov s SM, u ktorých zvyčajne dochádza k trvalému a progresívnemu poklesu zdravia [74]. Progresívna recidivujúca SM (PRMS) je najmenej častou formou SM, ktorá postihuje len približne 5 % pacientov, u ktorých dochádza k neustálemu zhoršovaniu zdravotného stavu s neočakávanými skokmi zhoršovania a zotavovania [74]. Relaps-remitujúca SM (RRMS) je bežnejšou formou, ktorá postihuje 80–90 % pacientov, u ktorých došlo k nepredvídanému nárastu invalidity [70].

Po týchto prudkých nárastoch zvyčajne nasleduje úplné zotavenie, ale ako pacienti starnú a postupujú do neskorších štádií, tieto zotavenia sa stávajú čiastočnejšími [70,74]. To môže byť odôvodnené tým, že u mnohých pacientov s RRMS sa rozvinie sekundárne progresívna SM (SPMS), kde pacienti môžu pociťovať menšie výkyvy poškodenia a začať napodobňovať trajektóriu ochorenia PPMS [70,74]. Širší záujem o genetické štúdie nedávno umožnil rozpoznanie alel a génových variantov špecifických pre MS, najmä prostredníctvom celogenómovej asociačnej štúdie [70,75]. Veľké množstvo údajov zahŕňalo sofistikovanejšie analýzy, ktoré odhalili, že špecifické génové varianty korelovali s rôznymi typmi SM [76]. Tieto génové varianty sa nachádzali prevažne fyzicky a funkčne v blízkosti imunomodulačných génov spojených s patogenézou SM [70,75].

Napriek tomu sú profily týchto podtypov len deskriptívne, pretože chýbajú dostatočné dôkazy na presné patofyziologické rozlíšenie [77]. Napríklad veľká časť pacientov s SM má asymptomatické fázy, v ktorých sa lézie spojené s SM a iné patofyziologické zmeny môžu vyskytnúť ticho [78]. Niektoré postmortálne štúdie mozgu dokonca ukázali, že u jedincov, ktorí boli počas svojho života považovaní za „zdravých“, boli pozorované výrazné patologické stavy spojené s MS [78]. Nedávno sa preto vyvinuli odkazy na tieto podtypy, pričom sa rozlišuje medzi aktivitou ochorenia alebo žiadnou aktivitou ochorenia s podrobnosťami o „výbojoch“ alebo stabilnej progresii a pozorovaniach nových lézií CNS [77].

For more information:1950477648nn@gmail.com