Mikroglia sietnice a mozgu pri roztrúsenej skleróze a neurodegenerácii, časť 2

3.3. Očné prejavy roztrúsenej sklerózy

Posmrtné štúdie a štúdie zobrazovania sietnice odhalili patologické stavy súvisiace s SM, ako je poškodenie zrakového nervu demyelinizáciou a atrofiou a stenčenie GCL, IPL a RNFL (obrázok 2), kde možno nájsť RGC a mikroglie [79,80]. Predpokladá sa, že stenčenie sietnice je následným účinkom optického nervu a degenerácie RGC po imunitných odpovediach sprostredkovaných mikrogliami [79,81].

V modernej spoločnosti je poškodenie zrakového nervu bežným a znepokojujúcim problémom. Očný nerv je nerv, ktorý spája oči s mozgom, a ak je poškodený, môžeme čeliť rôznym ťažkostiam a výzvam, ako je strata zraku a strata pamäti.

Pred výzvami by sme však nemali strácať odvahu. Poškodenie zrakového nervu priamo neovplyvnilo pamäť. Pamäť je funkciou mozgu a zrakový nerv je len kanál na prenos signálov. Ak aktívne udržiavame zdravý mozog, môžeme si zachovať dobrú pamäť.

Existuje mnoho spôsobov, ako podporiť zdravie mozgu. Cvičením môžeme napríklad zvýšiť prekrvenie mozgu, a tým zlepšiť zdravie mozgu. Okrem toho môžeme udržiavať aj správnu stravu a zvyšovať sociálne aktivity, tieto metódy dokážu efektívne udržiavať zdravý stav mozgu.

Okrem toho, tvárou v tvár poškodeniu zrakového nervu, môžeme prijať aj niektoré pozitívne metódy zvládania. Môžeme napríklad nájsť vhodnú liečbu, ktorá nám pomôže obnoviť náš zrak. Môžeme si tiež rozvinúť nejaké nové koníčky a aktivity, aby sme si udržali zdravú pamäť a mozog.

Stručne povedané, aj keď poškodenie zrakového nervu môže predstavovať veľa problémov, nemali by sme strácať vieru. Aktívnym udržiavaním zdravého mozgu si dokážeme udržať dobrú pamäť a lepšie zvládať životné výzvy. To ukazuje, že musíme zlepšiť našu pamäť. Cistanche dokáže zlepšiť našu pamäť, pretože Cistanche dokáže regulovať aj rovnováhu neurotransmiterov, ako je zvýšenie hladiny acetylcholínu a rastových faktorov, ktoré sú veľmi dôležité pre pamäť a učenie Okrem toho môže mäso zlepšiť aj prietok krvi a podporovať prísun kyslíka, ktorý dokáže zabezpečiť, aby mozog dostával dostatočnú výživu a energiu, čím sa zlepšuje vitalita a vytrvalosť mozgu.

Kliknite na vedieť spôsoby, ako zlepšiť funkciu mozgu

Je zaujímavé, že tieto charakteristické znaky sú symptomaticky prítomné u viac ako 20 % pMS a asymptomaticky prítomné u viac ako 68 % pMS, čo predstavuje takmer ohromujúcich 90 % pMS, u ktorých sa odhaduje, že majú takéto patologické stavy sietnice. Typické symptomatické črty pozostávajú z fotopsie, monokulárnej straty zrakovej ostrosti a farebného videnia s miernou bolesťou oka, zatiaľ čo niektoré atypické črty pozostávajú z fotofóbie, binokulárnej predĺženej straty zraku a silnej alebo absencie bolesti [62,67,82]. Tieto symptómy sa môžu vyvinúť v priebehu niekoľkých hodín až dní, pričom vrcholia približne 2–3 týždne od prvých príznakov, po ktorých nasleduje zotavenie [83].

Lekárom sa odporúča, aby na potvrdenie diagnóz spojených s SM používali neurozobrazovacie techniky, ako je zobrazovanie magnetickou rezonanciou (MRI) [63,79]. Takéto neurozobrazovacie metódy možno použiť na zobrazenie celého CNS vrátane zrakovej dráhy.

Napríklad magnetická rezonancia pacienta s ON ukázala zväčšenie komorového mozgu a atypické zhrubnutie zrakového nervu, čo svedčilo o atrofii mozgu a demyelinizácii zrakového nervu [84]. Optická koherentná tomografia (OCT) a hodnotenie vnímania pohybu, ktoré vyšetrujú zrakový systém, môžu byť tiež použité ako doplnok k MRI [85]. Väčšina neurozobrazovacích techník môže byť zložitá, s nízkou reprodukovateľnosťou, nepohodlná a extrémne nákladná (napr. MRI) [63,79,80]. Na rozdiel od toho, OCT zobrazenie sietnice ponúka neinvazívnu, jednoduchšiu a lacnejšiu techniku ​​na poskytnutie snímok s vysokým rozlíšením s podrobnou analýzou odlišných vrstiev sietnice [63,79,80,83].

Zatiaľ čo sofistikované techniky MRI možno použiť na identifikáciu dynamického zápalu, ktorý sa zvyčajne pozoruje v skorších štádiách SM, štandardné parametre MRI možno korelovať s dôkazmi OCT, ktoré naznačujú ireverzibilnú neurodegeneráciu, a teda významné zmenšenie hrúbky sietnice [79]. Napriek nedostatkom oboch metód, každá poskytuje jedinečné informácie týkajúce sa odlišných aspektov patogenézy SM. To zdôrazňuje, že MRI aj OCT by sa mali používať v spojení s cieľom maximalizovať extrakciu životne dôležitých informácií, čo umožňuje hĺbkové monitorovanie atypických patológií spojených s MS a predpovedanie trajektórie MS.

3.4. Mikroglia a roztrúsená skleróza

Rovnako ako iné neurodegeneratívne poruchy, zmeny v aktivácii mikroglií boli tiež pozorované v modeloch MS aj pri pMS. Experimentálna autoimunitná encefalomyelitída (EAE) sa často používa vo vedeckých výskumoch na modelovanie MS a ON [48]. Hoci všetky experimentálne modely chorôb nie sú plne reprezentatívne, štúdie ukázali podobnosti medzi výskumami na ľuďoch a zvieratách. Napríklad sa zistilo, že v porovnaní so zdravými myšiami indukovanými EAE majú viac „rozvetvených“ améboidných mikroglií v očnom nerve a mieche [86]. Horstmann a kol. zistilo sa u myší modelovaných MS injekciou MOG35-55 (encefalitogénny peptid, ktorý indukuje EAE), že retinálne mikroglie boli významne hojnejšie v porovnaní so zdravými myšami s injekciou PBS [87]. Rovnaký výskum tiež zistil, že 60 dní po imunizácii mali myši indukované MS nevýznamne, ale o niečo viac améboidných mikroglií, ale významne viac rozvetvených mikroglií v porovnaní s kontrolnými myšami [87]. Ďalší výskum tiež použil MOG35-55 na vyvolanie EAE u myší [88]. '

Počas prvého týždňa imunizácie sa hustota mikroglií sietnice významne zvýšila [88]. V tomto výskume sa tiež zistilo, že améboidné mikroglie sú hojnejšie 7 a 28 dní po imunizácii MOG35-55-; neuskutočnili sa však žiadne štatistické analýzy. Tieto variácie mikrogliálnych morfotypov naznačujú, že sietnicové mikroglie sa môžu správať dynamicky, stávajú sa „aktivovanými“ a „deaktivovanými“ v priebehu progresie EAE. To by mohlo korelovať so zmenami v mikrogliálnej aktivácii, ktoré sa môžu vyskytnúť počas fluktuácií demyelinizácie a remyelinizácie pozorovaných pri SM. Okrem toho sa vykonali sofistikovanejšie analýzy špecifické pre vrstvu sietnice na zdravých myšiach indukovaných EAE, aby sa našli mikrogliálne morfotypy špecifické pre vrstvu [86].

Zatiaľ čo EAE aj zdravé myši pozostávali z rozvetvených mikroglií v IPL a OPL, améboidné mikroglie sa našli iba vo vrstve GCL myší indukovaných EAE [86]. To zaujímavo koreluje s charakteristickými znakmi riedenia GCL a IPL pri SM, aj keď sa ešte neskúmalo, či je táto patológia riedenia priamo spojená s aktiváciou mikroglií. V konečnom dôsledku to naznačuje, že retinálne mikroglie môžu reagovať a aktivovať sa dočasne špecifickým a vrstveným spôsobom [32, 86].

Podobné dôsledky možno pozorovať aj v štúdiách na ľuďoch, kde došlo k výrazne zníženej expresii P2RY12 (marker homeostatickej mikroglie) a výrazne zvýšenej expresii CD68 v normálne vyzerajúcej bielej hmote aj v oblastiach aktívnych lézií mozgu s MS v porovnaní so zdravými mozgami [89 ]. Keďže tieto markery sú spojené so špecifickými funkciami a morfotypmi mikroglií, výsledky Zrzavyho et al. naznačujú, že mozgy s SM majú menej kontrolných rozvetvených mikroglií, zatiaľ čo majú viac fagocytujúcich améboidov [32,36,89].

Ďalším patologickým znakom SM je myelínová fagocytóza [51]. Keď Hendrickx a spol. skúmali fagocytárne schopnosti myelínu pomocou mikroglií prostredníctvom prietokovej cytometrie, mikroglie pochádzajúce z normálne vyzerajúcej bielej hmoty mozgov postmortálnych posmrtných mozgov pohltili viac myelínu od darcov SM v porovnaní s myelínom od zdravých darcov [51]. Okrem toho spracovanie myelínových zvyškov korelovalo s mikrogliami, ktoré nadobudli iné „dystrofické“ morfológie [51,90]. Cuprizone (CPZ) je toxický a systémový chelátor medi, ktorý sa môže podávať intravenózne a perorálne na modelovanie MS a demyelinizačných ochorení [90,91].

Cantoni a kol. skúmali charakteristiky demyelinizácie a mikroglií u zdravých alebo podávaných CPZ [90]. Histologické pozorovania odhalili, že zdravé zvieratá neboli ovplyvnené integritou myelínu, zatiaľ čo väčšina mikroglií sa javila ako rozvetvená. Naopak, zvieratá, ktorým bol podávaný CPZ, vykazovali demyelinizáciu neurónov hippocampu a corpus callosum (CC), ktorá sa stala „hlbšie“ evidentnou s dlhšou expozíciou CPZ [90]. Je zaujímavé, že améboidné mikroglie boli hojné až do 4 týždňov podávania CPZ, ale keď sa to zvýšilo na 6 alebo 12 týždňov, pozorovalo sa viac rozvetvených mikroglií [90]. To naznačuje, že aktivácia mikroglií hrá aktívnejšiu úlohu v skorších štádiách demyelinizácie alebo demyelinizačných ochorení, ako je MS. Toto je ďalej podporené klinickými dôkazmi, ktoré ukazujú, že mladší pacienti s SM v skorších štádiách ochorenia lepšie reagujú na terapeutické zásahy, ako je rituximab, ktorý môže znížiť aktiváciu mikroglií [92,93]. Naopak, transkripčné výskumy v mikrogliách z normálne vyzerajúcej bielej (NAWM) a šedej hmoty (NAGM) SM a zdravých dobrovoľníkov ukázali niektoré zaujímavé rozdiely [94].

Po prvé, zistilo sa, že expresia superveillantných mikrogliových markerov, ako je P2RY12, je podobná v NAGM a NAWM [94]. Po druhé, v porovnaní s NAGM mal NAWM vyššie hladiny génov zapojených do dráhy NF-κB, ktorá sa podieľa na imunomodulačných odpovediach v patológii SM [94]. Na rozdiel od zistení z modelov CPZ MS [90] van der Poel et al. [94] naznačujú, že dozorné vlastnosti mikroglií môžu zostať neovplyvnené v počiatočných štádiách SM, zatiaľ čo transkripčný profil mikroglií pochádzajúcich z človeka je špecifický pre daný región. Hoci dôkazy zo štúdií na ľuďoch by poskytli cenné translačné porovnanie, k dnešnému dňu neexistujú žiadne správy, ktoré by skúmali morfologické charakteristiky retinálnej mikroglie u pacientov s MS.

3.5. Imunologické markery

Retinálne mikroglie sa tiež neprekvapivo podieľajú na uveitíde, zriedkavom prejave SM. Experimentálna autoimunitná uveitída (EAU) je bežne používaným modelom uveitídy, ktorú možno vyvolať imunizáciou interfotoreceptorového retinoid-binding proteínu (IRBP) [95]. Našli sa celé sietnice myší indukovaných EAU s P2RY12 pozitívnymi mikrogliami, ktoré podstúpili morfologickú aktiváciu z rozvetvenej na améboidnú morfológiu do 7 dní po imunizácii IRBP, čo naznačuje skoré zapojenie sietnicových mikroglií do patológie EAU [95]. Je zaujímavé, že sa zistilo, že ablácia mikroglií antagonistom PLX5622 u IRBP-imunizovaných potláča EAU. Toto bolo pozorované znížením infiltrujúcich zápalových buniek, nedostatkom fotoreceptorových záhybov a retinálnymi granulómami v porovnaní s neliečenými zvieratami [95]. Okrem toho boli zo snímok renovaskulárnych leukocytov, vrátane T-buniek a mikroglií, skonštruované trojrozmerné obrazy, označené CD11b, CD4/CD8, MHCII a P2RY12 [95]. Expresiu všetkých markerov bolo možné nájsť spolulokalizovanú s lektínom, markerom krvných ciev. Tieto výsledky spoločne zdôrazňujú aktívnu úlohu aktivácie mikroglií pri iniciácii transportu leukocytov medzi hemato-retinálnou bariérou [95]. Či morfologický posun mal priamu koreláciu s patogenézou EAU, nebolo skúmané.

3.6. Extracelulárne vezikuly: Účinky na roztrúsenú sklerózu

Model EAE a pacienti so SM sa skúmali paralelne s cieľom pozorovať EV mikrovezikuly odvodené od mikroglie (M-MV) v patológii mozgu s MS/EAE [96]. Po prvé, zistilo sa, že M-MV sú neurozápalové, čo dokazuje zvýšená regulácia zápalových markerov, ako sú CD86 (ligand receptora T-buniek), iNO a IL1ß, prenosom vezikulárnych zložiek z pôvodnej mikroglie. bunky príjemcovi [96]. Okrem toho myši EAE, ktorým bol do corpus callosum injikovaný M-MV, mali veľa améboidných mikroglií, ktoré neboli pozorovateľné u kontrolných myší EAE (injikovaných fyziologickým roztokom, lipozómami alebo mezenchymálnymi kmeňovými bunkami). U myší s a bez vyradenia kyslej sfingomyelinázy (ASKO) bola indukovaná EAE [96]. ASKO-EAE myši vykazovali signifikantne znížené M-MV v CSF a CD45lowCD11b+ mikroglie a zápalové T-bunky v mieche, zatiaľ čo u žiadnej ASKO-EAE myši sa nevyvinuli EAE patológie [96]. U ľudí sa zistilo, že zdraví účastníci majú M-MV v ich CSF so zvýšenými koncentráciami v MS: významne vyššie v CIS v porovnaní s RRMS. Tieto výsledky naznačujú, že M-MV sú rozdielne prítomné u pacientov so SM a u modelov EAE, čo môže spôsobiť mikrogliálnu aktiváciu a zmeny morfotypu, pričom tieto odpovede možno znížiť zabránením vylučovania M-MV [96]. To tiež odhaľuje potenciál zacielenia M-MV na monitorovanie ochorenia a jeho terapeutických stratégií. Ich úloha v sietnici sa ešte musí stanoviť, hoci ak sa zistí, že ovplyvňujú morfológiu sietnicových mikroglií, mohlo by to mať významné dôsledky na používanie oka ako nástroja na monitorovanie a účinnosť liečby.

3.7. Genetické faktory: Účinky na retinálnu mikrogliu pri roztrúsenej skleróze

MOG35-55-indukovaný EAE model SM sa použil na identifikáciu genetických a morfologických rozdielov retinálnych mikroglií medzi 8-týždňovými myšami C57BL/6 a zdravými kontrolami [97]. Iba-1 farbenie prierezov sietnice odhalilo väčšinou rozvetvené mikroglie u zdravých kontrol, zatiaľ čo u myší so skorým EAE (16 dní po MOG) boli okrúhlejšie a améboidné mikroglie s vyššou expresiou iNOS35-55 indukcia – 16 DPI) [97]. Táto expresia iNOS bola znížená o 41 DPI, aj keď stále vyššia ako u zdravých kontrol. Okrem toho bola v EAE zvýšená expresia C1q a TNF-alfa [97]. To by mohlo naznačovať, že skoré transkripčné zmeny v mikrogliách sietnice odrážané morfologickými zmenami môžu byť patologickými znakmi neuropatií zrakového nervu.

Okrem toho Bell a kol. skúmali transkripčný profil retinálnej mikroglie myší Cx3cr1CreER: R26-tdTomato C57BL/6, u ktorých bola indukovaná uveitída vyvolaná endotoxínom (EIU) jednou intravitreálnou injekciou LPS [98]. Izolované retinálne mikroglie sa analyzovali prietokovou cytometriou, fluorescenčne aktivovaným triedením buniek (FACS), sekvenovaním mRNA a kvantitatívnou PCR, aby sa objavilo celkom 1069 rozdielne exprimovaných génov (DEG) [98]. 613 stupňov sa zistilo 4 hodiny po EIU, 537 stupňov po 18 hodinách a žiadne 2 týždne [98]. Spočiatku boli aktivačné markery ako Fas a CD44 upregulované, zatiaľ čo homeostatické markery ako P2rY12 a Mertk boli downregulované vo vzorkách indukovaných EIU, zatiaľ čo zdravé kontroly nevykazovali podobný profil, napr. vysoké hladiny P2RY12 [98]. Okrem toho bola konfokálna mikroskopia mikrogliálnych buniek tdTomato+ u naivných buniek rozvetvená, zatiaľ čo bunky EIU prešli morfologickými zmenami z rozvetvených po 4 hodinách na améboidné po 18 hodinách, ktoré sa vrátili do rozvetvených 2 týždne po injekcii [98]. Tieto výsledky spolu naznačujú, že uveitída môže byť charakterizovaná niektorými počiatočnými transkripčnými zmenami, ktoré sa môžu prejaviť zmenami morfológie retinálnej mikroglie [98]. Podobné výskumy v bunkách pacientov by boli užitočné na určenie klinickej translatability týchto nálezov.

4. Iné neurodegeneratívne ochorenia

4.1. Alzheimerova choroba

AD je najčastejšou príčinou demencie. Je charakterizovaná progresívnou stratou neurónov v dôsledku hromadenia extracelulárnych amyloidných beta (Aß) plakov a intracelulárnych neurofibrilárnych spletencov zložených z hyperfosforylovaných tau proteínov [99–101]. V čase, keď sa začnú objavovať prvé kognitívne symptómy, by už prebehlo približne 20 rokov nezvratnej neurodegenerácie [100]. Hoci presná patogenéza stále nie je známa, aktivácia mikroglií v mozgu a sietnici je spojená s patológiou AD [4,13,21,99–103]. To zdôrazňuje nesplnenú potrebu skoršej detekcie patogenézy AD a že charakterizácia mikroglií môže byť potenciálnou odpoveďou na túto dilemu.

Vyšetrenia AD mozgu ukázali viac aktivovaných mikroglií v kortexe a hipokampe v porovnaní s vekovo zodpovedajúcimi kontrolami [99,103]. Konkrétne Cao a kol. zistili signifikantne vyšší stupeň mikrogliálnej aktivácie v týchto oblastiach myší modelovaných s AD vo veku 12 mesiacov v porovnaní s inými vekovými skupinami a v porovnaní s vekovo zodpovedajúcimi alebo staršími zdravými kontrolami [99]. Okrem toho, 4-mesačné 5× familiárne AD-modelované myši ukázali, že Aß plaky boli obklopené aktivovanými mikrogliami v kôre [103]. Zistilo sa tiež, že tieto aktivované mikroglie sa ko-lokalizujú s agregátmi Aß a keď sa Aß akumuluje, pozoruje sa smrť mikrogliálnych buniek [103]. Podobne sa našli Aß plaky obklopené sietnicovými mikrogliami s veľkým bunkovým telom a menšími a hrubšími vetvami, čo naznačuje, že pozorovania aktivovaných mikroglií je možné vidieť v sietnici modelovanej AD [100–102].

Niektoré zdroje našli aktivované retinálne mikroglie u 3× transgénnych AD myší vo veku 5 postnatálnych týždňov, čo naznačuje počiatočnú mikrogliálnu odpoveď v patológii AD [102]. To naznačuje, že niektoré mikrogliálne reakcie na AD sa môžu vyskytnúť v sietnici pred mozgom. Napriek týmto zisteniam je dôležité poznamenať nejednoznačnú definíciu aktivovanej mikroglie. Napríklad, niektorá literatúra označuje všetky nepokojové mikroglie ako „aktivované mikroglie“ a niektorá môže používať tento termín zameniteľný s „aktiváciou“ mikroglií, zatiaľ čo novšia literatúra môže používať termín o jedinečnom morfologickom opise aktivovanej mikroglie.

Tyčinkové mikroglie môžu mať regionálne špecifické zapojenie do patológie AD [4,21]. Napríklad, keď sa skúmali tri mozgové oblasti pitvy pacientov s AD, tyčinkové mikroglie boli pozorované iba v parietálnom kortexe a nie v hipokampe alebo temporálnom kortexe [4]. Okrem toho neboli pozorované žiadne významné pozorovania súvisiace s tyčinkovými mikrogliami v hipokampálnych a kortikálnych oblastiach mozgu pacientov, ktorí mali traumatické poranenie mozgu [4]. Zistilo sa však, že tyčinkové mikroglie sú významne hojné v parietálnom kortexe, ale nie v hipokampe u pacientov s AD v porovnaní so zdravými kontrolami [4]. Tyčinkové mikroglie boli tiež pozorované u pacientov s mutovaným C9orf72, zatiaľ čo u vekovo zodpovedajúcich kontrol chýbali, pričom okrem toho vysoká hustota tyčinkových mikroglií v sivej hmote u pacientov s Downovým syndrómom AD korelovala so závažnejšími patologickými znakmi v porovnaní s osobami s AD [21].

Nedávno Grimaldi a spol. skúmali patológiu sietnice u post-mortem pacientov s AD sietnicami [15]. Tieto vzorky mali tiež Aß plaky a fosforylované tau klbká so známkami retinálnej-neuronálnej degenerácie dokazovanej zvýšenou expresiou kaspázy 3, markera neurodegenerácie spojenej s AD [15]. Okrem toho, skúmané rezy sietnice AD ​​mali významne vyššiu hustotu iba-1 pozitívnych mikrogliálnych buniek, ktoré tiež exprimovali vyššie hladiny markera DAM, IL-1ß, v porovnaní so zdravými vzorkami [15]. TREM2 je tiež marker súvisiaci s DAM, hoci tento nebol upregulovaný v iba{11}}pozitívnej mikroglii AD [15]. Napriek tomu AD sietnice exprimovali vyššie hladiny TREM2 mRNA v porovnaní so zdravými kontrolami [15]. Tento neočakávaný trend v AD sietnicových mikrogliách môže byť spôsobený historickými dôkazmi o posmrtných vzorkách sietnice s Aß depozitmi exprimujúcimi downregulovaný TREM2 [15]. Výskumy, ktoré pozorujú iné retinálne DAM markery paralelne s morfologickými parametrami, môžu poskytnúť užitočný pohľad na objasnenie AD sietnicových patológií.

4.2. Parkinsonova choroba

Parkinsonova choroba (PD) je druhým najčastejším typom neurodegeneratívneho ochorenia, ktoré postihuje viac ako 10 miliónov ľudí na celom svete [104,105]. Jeho patologický znak pozostáva z agregátov Lewyho teliesok (LB) zložených z alfa-synukleínu ( -syn), ktoré sa akumulujú vo vnútri tiel neurónových buniek a axónov [104, 105]. Nasleduje postupná neurodegenerácia dopaminergných neurónov v oblastiach CNS, ako je podstatná niagra (SN) pars compacta [6,106,107]. V čase, keď sa začnú objavovať počiatočné klinické symptómy, ako je tremor, rigidita, akinéza a posturálna stabilita, už bolo stratených 50–80 % dopamínergných neurónov [107,108]. Podobne ako AD, výskum PD odhalil mnoho potenciálnych mechanizmov patogenézy, vrátane neurozápalu ako výsledku mikrogliálnej aktivácie [6,105,109]. Nedávne štúdie tiež odhalili, že až 80 % pacientov s PD môže mať aspoň raz počas progresie ochorenia nejakú zrakovú dysfunkciu [105]. Niektoré štúdie navyše uvádzajú, že tieto zmeny sietnice sa vyskytujú skôr ako v mozgu [110]. Vzhľadom na tieto faktory môže skúmanie charakteristík retinálnej mikroglie slúžiť ako ideálny východiskový bod pri identifikácii skorších biomarkerov PD.

Jedna štúdia skúmala charakteristiky SN a hipokampálnych mikroglií v troch skupinách účastníkov: pacienti s PD, zdraví účastníci a účastníci prodromálnej PD (p-PD), pričom sa vykonali analýzy zodpovedajúce veku (vekové rozpätie od 56 do 96 rokov) [111 ]. Zatiaľ čo v oboch oblastiach mozgu zdravých kontrol sa nenašli takmer žiadne -syn a LB, niektoré boli vo vzorkách pacientov s p-PD a významne viac v PD [111]. Navyše, zdravé kontroly mali významne viac rozvetvených mikroglií v porovnaní so skupinami s p-PD a PD, p-PD mali významne viac améboidných mikroglií v porovnaní so zdravými účastníkmi a pacienti s PD mali tiež významne viac ako p-PD [111]. "Primované" alebo aktivované mikroglie boli výrazne viditeľné u p-PD v porovnaní s akoukoľvek inou účastníckou skupinou. To naznačuje, že aktivované mikroglie môžu byť skorým indikátorom, zatiaľ čo améboidné mikroglie sú spojené s patológiou PD.

Podobne aj zdravé sietnice boli bez -syn, zatiaľ čo v 5-mesačných sietniciach transgénnych myší (TgM83) modelovaných na PD boli niektoré sietnice a podstatne viac v OPL 8-mesačných vzoriek sietnice TgM83 [112]. Len 8-mesačné myšie sietnice naznačovali mikrogliálnu aktiváciu v dôsledku významného zvýšenia expresie CD68 (marker aktivácie mikroglie) a vizuálneho pozorovania améboidných mikroglií, zatiaľ čo v iných experimentálnych skupinách sa to nepozorovalo [112]. To naznačuje, že môže existovať rozdielna expresia aktivovaných mikrogliálnych markerov a morfologických zmien v skorých až stredných štádiách patológie PD. Iné štúdie však ukazujú, že zatiaľ čo u myší bola akumulácia OPL -syn modelovaná pre choroby závislé od -syn (Plp- -syn), vo vzorkách celej sietnice sa našli väčšinou rozvetvené mikroglie bez známok mikrogliálnej aktivácie pre všetky skúmané vekové skupiny [113]. Mohlo to byť spôsobené rozdielmi v použitých modeloch chorôb, skúmaných vekových skupinách a metódach analýzy.

4.3. Glaukóm

Glaukóm je jednou z hlavných príčin slepoty na celom svete, ktorá podľa odhadov postihne do roku 2040 viac ako 120 miliónov ľudí [114]. Vyznačuje sa postupnou stratou RGC a podobne ako AD a PD by k významnej neurodegenerácii došlo už predtým, ako sa začnú objavovať klinické symptómy [114]. Boli vyvinuté mnohé metódy na detekciu aktivity glaukómu, vrátane zvýšeného vnútroočného tlaku a zvýšeného počtu odumierajúcich buniek sietnice, ktoré sa merajú detekciou apoptotických buniek sietnice (DARC) [115,116]. Okrem toho, mikrogliálna aktivácia môže tiež hrať úlohu v patogenéze glaukómu.

Aktivácia mikroglií bola identifikovaná ako jedna z prvých udalostí pri glaukomatóznom neurálnom poškodení, ktoré sa môže vyskytnúť pred smrťou RGC [117, 118]. Napríklad, keď boli myši švajčiarskych albínov modelované pomocou modelu unilaterálnej očnej hypertenzie (OHT) glaukómu, došlo k mikrogliálnej aktivácii [108]. Bolo to vidieť vo forme zväčšenej veľkosti bunkového tela a stiahnutia bunkových procesov už 1-deň po operácii (PS) a zvýšenej hustoty buniek o 3 dni PS. Ramírez a kol. navyše zistili, že retinálne mikroglie boli P2RY12+ pri 1 dni PS [108]. Táto expresia sa znížila po 3 a 5 dňoch PS, ktoré sa potom vrátili na normálnu úroveň o 15 dní PS [108]. Okrem toho by rozsah neurodegenerácie mohol korelovať aj so skorými mikrogliálnymi zmenami, vrátane mikrogliózy alebo mikrogliálnej aktivácie, ako je dokázané v sietniciach transgénnych myší Cx3cr1GFP/+ DBA/2J modelovaných pre pigmentový glaukóm [117]. Okrem toho v inom experimentálnom modeli glaukómu liečba minocyklínom alebo vysokou dávkou ožiarenia znížila mikrogliálnu aktiváciu, čo malo za následok nižšiu smrť RGC [119,120].

Tyčinkové mikroglie sú tiež spojené s niekoľkými chorobnými stavmi. Na modeli progresívnej degenerácie RGC u potkanov sa ukázalo, že transekcia zrakového nervu (ONT) vyvolala tvorbu retinálnej tyčinkovej mikroglie [23]. Toto bolo pozorovateľné počas prvých 7 dní, pričom vrcholilo po 14 dňoch a vymizlo po 2 mesiacoch [23]. Tieto periodické trendy sa zaujímavo odrážali v trendoch smrti RGC vyvolanej ONT. Okrem toho sa zistilo, že tieto retinálne tyčinkové mikroglie sa orientujú pozdĺž axónu a bunkového tela RGC, čo naznačuje ich aktívnu úlohu v neurodegenerácii spojenej s ONT [23].

4.4. Dedičné očné ochorenie: Retinitis Pigmentosa

Ďalšou hlavnou príčinou dedičnej ireverzibilnej slepoty je retinitis pigmentosa (RP). Postihuje približne 1 zo 4 000 ľudí na svete. Typicky môže u pacientov dôjsť k strate sietnicových tyčinkových buniek, zatiaľ čo pokročilejšie prípady môžu byť spôsobené stratou čapíkov. Hoci presný mechanizmus RP je stále nejasný, existujú dôkazy o včasnej aktivácii sietnicových mikroglií, ktoré sa spočiatku vyskytujú v procese degenerácie fotoreceptorov [121]. Napríklad Di Pierdominico a kol. pozorovali P23H-1 potkany, model dedičnej degenerácie fotoreceptorov [121]. Redukcia radov fotoreceptorových jadier sa vyskytla medzi P10-21 s väčšou redukciou medzi P15-21 [121]. K tomu došlo súčasne so zmenami mikrogliálnej morfológie na améboidné mikroglie, ktoré sa pozorovali prostredníctvom histologických analýz prierezu sietnice, ktoré ukázali, že iba{10}} pozitívne mikroglie s kratšími procesmi podľa P15, zatiaľ čo celková hustota mikroglií sietnice bola významne vyššia v P23H-1 potkanov v porovnaní s kontrolami medzi P15-45 [121]. Rovnaká štúdia skúmala potkany Royal College of Surgeons (RCS), ďalší model zdedenej degenerácie fotoreceptorov, s cieľom nájsť podobný trend. Najvýznamnejšia degenerácia fotoreceptorov sa vyskytla medzi P33-60, zatiaľ čo mikroglie sietnice nadobudli améboidný vzhľad podľa P21-33 [121]. Tieto mikroglie tiež migrovali do vonkajších vrstiev sietnice medzi P21-60. RCS sietnice mali významne vyššiu hustotu mikroglií v porovnaní s kontrolami P21-60, zatiaľ čo medzi P45-60 bol významný pokles [121].

5. Perivaskulárna mikroglia

Skúmanie mikroglií, ktoré sa nachádzajú v perivaskulárnej oblasti (PM) alebo okolo nej, sa stalo populárnou oblasťou výskumu kvôli asociáciám, ktoré sa vytvorili medzi imunitnými odpoveďami na neurologické stavy a vaskulárnou sieťou CNS [122]. Tieto asociácie sú pozorované tam, kde pacienti s diabetickou retinopatiou mali významne zvýšený počet hyper-rozvetvených PM mikrogliových buniek sietnice v porovnaní s normálnymi jedincami [34]. Okrem toho sa o mikrogliách PM hovorí, že pozorne sledujú akékoľvek prichádzajúce zlúčeniny z vonkajšej strany hematoencefalickej bariéry cez cievy a do CNS [95]. Napríklad liekmi indukovaná deplécia PM mikroglií u myší s experimentálnou AD viedla ku kardiovaskulárnej akumulácii amyloidných plakov [122]. Iné výskumy tiež zistili, že myši modelované glaukómom (model očnej hypertenzie indukovaný laserom) vykazovali tyčinkové mikroglie v PM sietnice aj priľahlé k axónom sietnice [22]. To naznačuje, že morfotypy mikroglií nie sú špecifické pre perivaskulárne oblasti.

6. Zobrazovanie mikroglií sietnice

Zavedenie robustnej metódy na zobrazenie sietnicových mikroglií neinvazívne aj in vivo by poskytlo neoceniteľnú cestu na sledovanie patológií sietnicových mikroglií spojených s ochorením. Skutočne existujú transgénne myši, napr. CX3CR-1GFP myši, ktoré sú špeciálne vyšľachtené tak, aby mali zvýšenú expresiu zeleného fluorescenčného proteínu (GFP) v géne chemokínového receptora 1 (CX3CR-1) [123–125 ]. Výsledkom je, že skenovacie laserové oftalmoskopy (SLO) a OCT systémy sa môžu použiť na neinvazívne zobrazenie fluorescenčných sietnicových mikroglií v bunkovom rozlíšení, na skúmanie ich tvaru, priestorovej distribúcie a hustoty v reálnom čase [37,124–126]. Každá z týchto štúdií by mohla využívať charakteristické metódy s jedinečnými systémami SLO/OCT vrátane viacfarebného konfokálneho SLO na detekciu viacerých fluorescenčných markerov [124], širokopoľového autofluorescenčného zobrazovania [125] a 488 nm fluorescenčného zobrazovania pomocou komerčných zariadení SLO/OCT [126]. . Hoci to odhaľuje všestrannosť zobrazovania myší Cx3CR-1GFP, genetické modifikácie majú často nežiaduce nepriaznivé účinky a v súčasnosti nie sú klinicky preložiteľné.

Napriek tomu boli hlásené aj pokusy o in vivo a neinvazívne zobrazovacie metódy u ľudí [127,128]. Napríklad Liu a kol. vyvinuli systém multimodálnej adaptívnej optiky (AO), ktorý kombinoval systémy SLO a OCT [127]. Superluminiscenčné diódy boli tiež použité na vytváranie zobrazovacích lúčov z každého z AOSLO a AOOCT s pridaním zrkadiel umiestnených presne tak, aby boli nasmerované do oka, čo umožňuje zobrazenie sietnice. Aj keď boli schopní zobraziť mikroglie vo vnútornej limitujúcej membráne (ILM), tieto boli identifikované subjektívnou vizuálnou interpretáciou a autori zdôrazňujú potrebu zlepšenia vzhľadom na zdĺhavý proces (1 hodina do snímky) [127]. Hoci AOOCT môžu produkovať vysoké rozlíšenie a bunkové úrovne zobrazenia, je to ohrozené ~6-násobným zmenšením zorného poľa v porovnaní s komerčným prístrojom [128]. Napríklad Castanos a kol. použili spektrálnu doménu en face OCT zobrazenie v odrazovom režime (OCT-R) na získanie väčších obrazov sietnice [128]. Pri skúmaní ILM u zdravých účastníkov boli pozorovateľné rovnomerne distribuované rozvetvené bunky podobné makrofágom [128]. U pacientov s diabetickou retinopatiou, oklúziou centrálnej retinálnej vény a glaukómom s otvoreným uhlom sa tieto bunky javili ako améboidné a neboli jednotné (128). Prostredníctvom týchto morfologických a distribučných charakteristík autori interpretujú tieto bunky ako mikroglie alebo hyalocyty. Hoci to odhaľuje možnosť neinvazívneho zobrazovania ľudskej sietnice in vivo, autori uznávajú obmedzenia ich technológie vrátane manuálnej subjektívnej interpretácie morfológie buniek a neurčitého rozlíšenia typu buniek [128].

7. Protichodné zistenia: dôvody a obmedzenia

Hoci vyššie uvedené štúdie mali podobné ciele na nájdenie denzitometrických alebo morfologických znakov mikroglií, boli niektoré, ktoré priniesli protichodné výsledky. Mohlo to byť spôsobené tým, že mnohé z použitých metód analýzy boli subjektívne, rôznorodé a dokonca nejednoznačné. Tieto aspekty mohli byť pozmenené, aby umožnili konzistentnejšie, reprezentatívnejšie a menej skreslené výsledky. Napríklad, keď sa skúmali špecifické oblasti CNS, ako je striatum, SN, hipokampus alebo sietnica, analyzujú sa náhodne vybrané „rezy“ alebo „rezy“ [86,111,129]. Okrem toho niektoré výskumy prijali subjektívne opatrenia na rozlíšenie „rozvetvených“ a „améboidných“ buniek, pričom sa použili aj metódy manuálneho počítania [99]. Skutočne existujú aj iné metódy, ktoré možno určite použiť na zníženie vplyvu týchto subjektívnych a nereprezentatívnych techník. Napríklad rozsiahlejšie a efektívnejšie zobrazovacie metódy možno dosiahnuť skenovaním celej sietnice, a nie sektorov a zahrnutím z-skladov všetkých vrstiev a projekcií maximálnej intenzity [24]. Týmto spôsobom je možné komplexne analyzovať pozorovania celej sietnice a všetkých jej vrstiev. Okrem toho sa na kvantifikáciu denzitometrických parametrov môžu použiť algoritmy, ktoré automatizujú počítanie buniek [24].

Vo svetle povzbudivých budúcich výskumov sa už úspešne podarilo vyhnúť subjektívnej kategorizácii morfotypov mikroglií pomocou zmien v 15 parametroch definovaných v priebehu mikrogliálneho zápalu, čo umožňuje výstup morfometrických analýz pomocou automatizovaného softvéru (Fraclac; ImageJ) [130]. Je však dôležité poznamenať, že Fernández-Arjona et al. manuálne vybrali bunky mikroglie, ktoré sa majú analyzovať, na základe súboru kritérií, ktoré pozostávali z plne viditeľného bunkového tela a procesov, ktoré sa neprekrývajú s časťami iných susedných buniek [130 ]. Výsledné údaje preto neboli úplne reprezentatívne alebo bez skreslenia, hoci to demonštruje princíp použitia kvantitatívnych údajov na určenie rôznych morfotypov.

Klinické a predklinické štúdie majú často len mužov [60,91]. Môže to byť preto, aby sa znížili účinky fyziologických rozdielov, ako je ovariálny cyklus, čo skresľuje výsledky štúdie alebo experimentu. Sú však známe sexuálne dimorfizmy pre štrukturálne a funkčné rozdiely v mikrogliálnych reakciách na starnutie a choroby, vrátane MS [131]. Môže to byť spôsobené chromozómami X, ktoré exprimujú najväčší počet génov súvisiacich s imunitou v celom ľudskom genóme a epigenetickými a environmentálnymi vplyvmi [131, 132].

Han a kol. tiež naznačujú, že hormonálne rozdiely môžu ovplyvniť mužov, ktorí majú viac aktivovaných mikroglií vo vývojových štádiách, čím sú vystavení vyššiemu riziku ochorenia, zatiaľ čo u žien k tomu dochádza v dospelosti [131]. Ďalšie výskumy sprostredkovania precitlivenosti na bolesť ukázali účasť mikroglií u samcov myší, zatiaľ čo u samíc myší sú potrebné iné imunitné bunky, ako sú T-bunky [133, 134]. Hoci neexistujú žiadne správy, ktoré by skúmali sexuálne rozdiely v morfologických charakteristikách retinálnych mikroglií pri SM, transkriptómové mikročipové analýzy samcov a samíc myší dvoch vekových skupín (3 alebo 24 mesiacov) ukázali, že zmeny buniek retinálnej mikroglie súvisiace s vekom špecifické génové expresie sú sexuálne dimorfné [135]. Navrhovanie skúšobných/experimentálnych štúdií na základe jedného pohlavia môže obmedziť schopnosť identifikovať patologické rozdiely súvisiace s pohlavím pri SM, čo je ochorenie bežnejšie u žien [60]. Použitie stratifikovaných analýz vo výskumoch, ktoré zahŕňajú obe pohlavia, by namiesto toho pomohlo pochopiť patologické rozdiely medzi rôznymi podskupinami pacientov v rámci heterogénnej populácie s SM. To by tiež umožnilo skúmať väčšie skupiny pacientov vo väčších multicentrických výskumných spoluprácach s následne väčším dopadom a zovšeobecniteľnosťou.

Nedávno sa tiež objavil záujem o použitie počítačového videnia a algoritmov strojového učenia na umožnenie automatizovaného rozpoznávania a/alebo kategorizácie „buniek“ alebo „oblastí záujmu“ v údajoch neurozobrazovania. V biomedicínskom výskume sa bežne používajú podporné vektorové stroje (SVM), ktoré sa považujú za techniky strojového učenia pod dohľadom, ktoré dokážu kategorizovať údaje a vykonávať regresné analýzy [136]. Lineárne SVM môžu použiť vstupné „tréningové“ dáta pre každú kategóriu na extrakciu vlastností, ktoré možno použiť na definovanie každej kategórie [137]. Potom použije vstupné "tréningové" dáta na efektívnu kategorizáciu každého dátového bodu skúmaním uvedených definujúcich znakov [137]. Dosahuje sa to automatickou identifikáciou optimálnej nadroviny, ktorá umožňuje rozlíšiť každý dátový bod v jednej kategórii od ostatných. Tieto algoritmy strojového učenia už boli implementované vo výskume v snahe predpovedať demenciu u pacientov pomocou údajov z MRI s vysokým rozlíšením a dokonca skóre hodnotenia duševného stavu [136]. Hoci tieto štúdie ešte nevytvárajú algoritmy, ktoré by mali 100% presnosť a presnosť, koncept používania zdieľateľných automatizovaných algoritmov predstavuje vynikajúci východiskový bod pre zlepšenie spracovania a analýzy biomedicínskych údajov [136].

8. Záverečné poznámky

Na záver, mikroglia ponúka vzrušujúcu cestu pre výskum neurodegeneratívnych porúch vrátane MS. Existuje tiež pribúdajúci dôkaz, ktorý ukazuje niektoré skoré mikrogliálne zmeny sietnice v reakcii na choroby, čo ďalej podporuje myšlienku použitia biomarkerov sietnice ako skoršej metódy detekcie chorôb. Okrem toho existuje rastúci počet štúdií, ktoré skúmajú mikroglie sietnice a mozgu týkajúce sa ich morfologických, genetických a molekulárnych charakteristík. Kľúčom k nášmu pochopeniu ich úlohy je však schopnosť vykonávať presné a konzistentné kvantitatívne analýzy dynamických zmien v štruktúre, pretože morfotypy môžu byť úzko spojené s funkciou mikroglií. Podporili by sme vývoj štandardizovaných experimentálnych návrhov a overených algoritmov analýzy údajov, pretože sú potrebné na komplexné vymedzenie úlohy, ktorú majú tieto dôležité bunky v patogenéze a závažnosti ochorenia.

Príspevky autora:

Písanie – plánovanie, SC, LG a MFC; písanie – príprava pôvodného návrhu, SC; písanie – recenzie a úpravy, SC, LG a MFC; vizualizácia-SC; dozor — LG a MFC Všetci autori si prečítali a súhlasili s publikovanou verziou rukopisu.

Financovanie:

Tento výskum nezískal žiadne externé financovanie.

Konflikt záujmov:

Autori nedeklarujú žiadny konflikt záujmov. Donori nemali žiadnu úlohu pri písaní rukopisu.

Referencie

1.Au, NPB; Ma, CHE Nedávne pokroky v štúdiu bipolárnych / tyčovitých mikroglií a ich úloh v neurodegenerácii. Predné. Starnutie Neurosci. 2017, 9, 128. [CrossRef]

2. Li, F.; Jiang, D.; Samuel, MA Microglia vo vyvíjajúcej sa sietnici. Neural Dev. 2019, 14, 1–13. [CrossRef]

3. Silverman, SM; Wong, WT Microglia v sietnici: Úlohy vo vývoji, zrelosti a chorobe. Annu. Rev. Vis. Sci. 2018, 4, 45–77. [CrossRef]

4. Bachstetter, AD; Ighodaro, ET; Hassoun, Y.; Aldeiri, D.; Neltner, JH; Patel, E.; Abner, EL; Nelson, PT Morfológia mikroglie v tvare tyčinky je spojená so starnutím v 2 sériách ľudských pitev. Neurobiol. Starnutie 2017, 52, 98–105. [CrossRef]

5. Holloway, OG; Canty, AJ; King, AE; Ziebell, JM Rod mikroglie a ich úloha pri neurologických ochoreniach. Semin. Cell Dev. Biol. 2019, 94, 96–103. [CrossRef]

6. Ramirez, AI; De Hoz, R.; Salobrar-Garcia, E.; Salazar, JJ; Rojas, B.; Ajoy, D.; López-Cuenca, I.; Rojas, P.; Triviño, A.; Ramírez, JM Úloha mikroglie pri neurodegenerácii sietnice: Alzheimerova choroba, Parkinson a glaukóm. Predné. Starnutie Neurosci. 2017, 9, 214. [CrossRef] [PubMed]

7. Rashid, K.; Akhtar-Schaefer, I.; Langmann, T. Mikroglia pri degenerácii sietnice. Predné. Immunol. 2019, 10, 1975. [CrossRef] [PubMed]

8. Laprell, L.; Schulze, C.; Brehme, ML; Oertner, TG Úloha membránového potenciálu mikroglie v chemotaxii. J. Neuroinflammation 2021, 18, 1–10.

9. Karlstetter, M.; Scholz, R.; Rutar, M.; Wong, WT; Provis, JM; Langmann, T. Retinálna mikroglia: Len okoloidúci alebo cieľ terapie? Prog. Retin. Eye Res. 2015, 45, 30–57. [CrossRef] [PubMed]

10. Wang, J.; Wang, J.; Wang, J.; Yang, B.; Weng, Q.; On, Q. Zacielenie na mikroglie a makrofágy: Potenciálna stratégia liečby roztrúsenej sklerózy. Predné. Pharmacol. 2019, 10, 286. [CrossRef]

11. Walker, GR; Lue, L.-F. Imunitné fenotypy mikroglií pri ľudskom neurodegeneratívnom ochorení: Výzvy na detekciu mikrogliálnej polarizácie v ľudských mozgoch. Alzheimer's Res. Ther. 2015, 7, 1–9. [CrossRef]

12. Luo, C.; Jian, C.; Liao, Y.; Huang, Q.; Wu, Y.; Liu, X.; Zou, D.; Wu, Y. Úloha mikroglií pri roztrúsenej skleróze. Neuropsychiatr. Dis. Zaobchádzať. 2017, 13, 1661–1667. [CrossRef]

13. Yao, K.; Zu, H.-B. Mikrogliálna polarizácia: Nový terapeutický mechanizmus proti Alzheimerovej chorobe. Inflamofarmakológia 2020, 28, 95–110. [CrossRef] 14. Ransohoff, RM Polarizujúca otázka: Existujú mikroglie M1 a M2? Nat. Neurosci. 2016, 19, 987–991. [CrossRef]

15. Grimaldi, A.; Pediconi, N.; Oieni, F.; Pizzarelli, R.; Rosito, M.; Giubettini, M.; Santini, T.; Limatola, C.; Ruocco, G.; Ragozzino, D.; a kol. Neurozápalové procesy, aktivácia A1 astrocytov a agregácia proteínov v sietnici pacientov s Alzheimerovou chorobou, možné biomarkery pre včasnú diagnostiku. Predné. Neurosci. 2019, 13, 925. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com