Mikroglej siatkówki i mózgu w stwardnieniu rozsianym i neurodegeneracji, część 1

Abstrakcyjny:

Mikroglej to komórki odpornościowe zamieszkujące ośrodkowy układ nerwowy (OUN), w tym siatkówkę. Podobnie jak mikroglej mózgu, mikroglej siatkówki jest odpowiedzialny za nadzór siatkówki i szybko reaguje na zmiany środowiskowe, zmieniając morfotypy i funkcje. Mikroglej zostaje aktywowany w odpowiedziach zapalnych w chorobach neurodegeneracyjnych, w tym w stwardnieniu rozsianym (SM).

Nasz mózg to złożony organ zawierający szeroką gamę neuronów i obwodów nerwowych. Połączenia między tymi strukturami są kluczem do działania pamięci. Kiedy uczymy się czegoś nowego lub doświadczamy czegoś nowego, mózg przechowuje odpowiednią informację w synapsach między neuronami. Z biegiem czasu połączenia między synapsami stopniowo się wzmacniają, co jest pamięcią długotrwałą.

Jeśli nasz centralny układ nerwowy nie jest w równowadze, będzie to miało wpływ na naszą pamięć. Najczęstszym przykładem jest utrata pamięci u osób starszych. Stan ten często wynika ze śmierci neuronów i osłabienia połączeń między neuronami w wyniku starzenia. Ponadto niektóre choroby neurologiczne mogą również zakłócać normalne funkcjonowanie mózgu, wpływając w ten sposób na naszą pamięć. Jednak problemy te nie są nieodwracalne i można zastosować metody naukowe, aby poprawić i chronić pamięć.

Możemy promować zdrowie centralnego układu nerwowego i poprawiać pamięć, wprowadzając zmiany w naszym stylu życia. Przykładami mogą tu być: regularna aktywność fizyczna, odpowiedni sen, zdrowa dieta i ćwiczenia mózgu. Środki te nie tylko pomagają zachować zdrowie fizyczne, ale także promują zdrowie mózgu i zmniejszają utratę neuroprzekaźników, poprawiając w ten sposób pamięć.

Podsumowując, istnieje silny związek między centralnym układem nerwowym a pamięcią. Powinniśmy zwracać uwagę na nasze nawyki życiowe, aby nasz mózg funkcjonował tak zdrowo, jak to możliwe, i wykorzystywać to jako podstawę do utrzymywania naszej pamięci. Widać, że musimy poprawić naszą pamięć. Cistanche może znacznie poprawić pamięć, ponieważ pasta mięsna to tradycyjny chiński materiał leczniczy o wielu unikalnych efektach, z których jednym jest poprawa pamięci. Skuteczność mięsa mielonego wynika z różnorodnych zawartych w nim składników aktywnych, w tym kwasu karboksylowego, polisacharydów, flawonoidów itp. Składniki te mogą promować zdrowie mózgu różnymi kanałami.

Kliknij poznaj pamięć krótkotrwałą jak ją poprawić

Mikroglej siatkówki, aktywowany przez bodźce stresowe, zmienia swoją morfologię i aktywność, co ma korzystne lub szkodliwe konsekwencje. W tym przeglądzie opisujemy charakterystykę mikrogleju OUN, w tym mikrogleju siatkówki, ze szczególnym uwzględnieniem ich morfologii, stanów aktywacji i funkcji w zdrowiu, starzeniu się, stwardnieniu rozsianym i innych chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, jaskra, i barwnikowe zwyrodnienie siatkówki, aby podkreślić ich aktywność w stanie. Omawiamy także sprzeczne ustalenia w literaturze oraz potencjalne sposoby ograniczenia niespójności w przyszłości poprzez zastosowanie standaryzowanej metodologii, np. zautomatyzowanych algorytmów, aby umożliwić pełniejsze zrozumienie tego ekscytującego obszaru badań.

Słowa kluczowe:

Siatkówka oka; mikroglej; neurodegeneracja; stwardnienie rozsiane; mikroglej siatkówki; Morfotyp mikrogleju.

1. Wstęp

Mikroglej to rezydentne komórki glejowe układu odpornościowego ośrodkowego układu nerwowego (OUN). Dynamicznie zmieniają się w różne morfologie, które są również powiązane ze specyficznymi stanami aktywacji, które mogą być związane z funkcjami neuroprotekcyjnymi i/lub neurotoksycznymi w odpowiedzi na bodźce, uraz lub zniewagę [1–6]. Te zmiany morfologiczne i funkcjonalne są niezbędne do wspierania zdrowego OUN poprzez przyczynianie się do homeostazy [2,7,8]. Jednakże pojawiające się dowody zaczęły wskazywać na udział mikrogleju w chorobach, w których dysfunkcja mikrogleju może być spowodowana chorobą i/lub powodować nasilone patologie związane z chorobą [2].

Niemniej jednak dokładny stopień zaangażowania i mechanizmy wpływu mikrogleju na zdrowie i choroby są nieznane i obecnie są badane. Celem tego przeglądu było zebranie informacji na temat cech mikrogleju OUN, w tym mikrogleju siatkówki, ze szczególnym uwzględnieniem ich stanów aktywacji, morfologii i funkcji, a także zdrowia i choroby. W pierwszej części zebraliśmy obszerny opis głównych cech mikrogleju w ogólnym OUN i siatkówce.

Wyjaśniamy także niektóre zmiany w mikrogleju, które zachodzą podczas normalnego rozwoju i procesu starzenia. W następnej części omawiamy obecne rozumienie stwardnienia rozsianego (SM) jako choroby autoimmunologicznej, zaskakująco częste objawy oczne stwardnienia rozsianego, mikroglej w stwardnieniu rozsianym i wreszcie mikroglej w innych chorobach neurodegeneracyjnych. Na koniec dostarczamy wglądu w to, dlaczego mogą istnieć sprzeczne ustalenia dotyczące charakterystyki OUN i mikrogleju siatkówki. W tym miejscu sugerujemy różne metody eksperymentowania, takie jak stosowanie zautomatyzowanych algorytmów w świetle uzyskiwania bardziej jednoznacznych i spójnych wyników.

2. Mikroglej

OUN składa się z kilku różnych typów komórek, z których 5–10% to mikroglej, rezydujące komórki odpornościowe [9]. Pierwotnie sądzono, że mikroglej istnieje w postaci nieaktywnych lub „odpoczywających” komórek, które w sposób ciągły badają swoje mikrośrodowisko pod kątem wszelkich bodźców lub uszkodzeń, które mogą być szkodliwe [5]. I odwrotnie, nowsze odkrycia sugerują wyjaśnienia ich właściwości dynamicznych. Mikroglej może przechodzić w różne stany morfologiczne, zwane morfotypami. Każdy morfotyp został skorelowany z różnymi stanami aktywacji, które powiązano również z unikalnymi funkcjami wymaganymi do zachowania fizjologicznie „normalnego” środowiska [5].

Gdy mikroglej zostanie aktywowany ze stanu spoczynku, może dalej różnicować się na dwa główne fenotypy: M1 i M2 [6]. Chociaż brak jest zrozumienia specyficznych mechanizmów, które indukują to różnicowanie, mikroglej M1 i M2 również powiązano z odrębnymi cytokinami, chemokinami i czynnikami troficznymi [6]. Odpowiedzi prozapalne są związane z „klasycznie” aktywowanym mikroglejem M1, który wywołuje zapalenie układu nerwowego w odpowiedzi na uraz lub uraz, tworząc neurotoksyczne środowisko i usuwając dysfunkcyjne fragmenty resztek komórkowych [6]. Może to nastąpić na skutek działania czynników zapalnych, takich jak interleukina-1β (IL-1β), czynnik martwicy nowotworu alfa (TNFalfa) i indukowalna syntaza tlenku azotu (iNOS) [6,10] .

I odwrotnie, „alternatywnie” aktywowany mikroglej M2 jest notorycznie odpowiedzialny za reakcje przeciwzapalne, które pobudzają procesy neuroprotekcyjne i regeneracyjne [6,10]. Niedawno odkryto co najmniej trzy kolejne podfenotypy typu M2 (M2a-c) [11], przy czym, dokładniej, typ M2a wydziela czynniki przeciwzapalne, takie jak IL-10 i insulinopodobne jako czynnik wzrostu-1 (IGF-1), promujący usuwanie resztek komórkowych i neuroprotekcję [6,11,12].

Mówi się, że M2b jest stymulowany przez czynniki zapalne, takie jak IL-1β i lipopolisacharydy (LPS), które mogą również zwiększać ekspresję IL-10 [11]. Stwierdzono, że te mikrogleje M2b mają właściwości fagocytarne w mózgach modelowanych dla choroby Alzheimera (AD) i wyrażają wysoki poziom CD64 [11]. M2c „nabywa dezaktywację” przez IL-10 lub glukokortykoidy, co z kolei zwiększa ekspresję czynników wzrostu, takich jak TGFβ [11]. Pomimo tych różnic, aktywacja M1 i M2 jest funkcjonalnie wymagana, aby zagwarantować usunięcie dysfunkcyjnych komórek lub szkodliwych agregatów resztek komórkowych [6]. Mikroglej M1 zwykle bierze udział w usuwaniu resztek komórkowych i ta odpowiedź zapalna musi być kontrolowana przez mikroglej M2, aby uniknąć niepotrzebnie przedłużającego się stanu zapalnego [6].

Często w procesach patologicznych może zostać naruszona typowa równowaga polaryzacji M1 i M2 obserwowana w normalnych warunkach [6]. Może to skutkować usunięciem zdrowych komórek z powodu nadmiernego zapalenia M1, a efekt tłumienia M1 przez M20 może zostać przekroczony, powodując dalsze uszkodzenia [6]. Dzieje się tak często w chorobach neurodegeneracyjnych, dlatego zaproponowano kilka kandydatów terapeutycznych ukierunkowanych na polaryzację M1 i M2 [13]. Mimo to pojawiają się również dowody sugerujące, że polaryzacja M1/M2 może być przestarzała. Został on po raz pierwszy wprowadzony i zastosowany w celu uwzględnienia łatwiejszych metod interpretacji danych [14].

Jednakże ostatnie postępy technologiczne ujawniły nakładające się cechy morfologiczne i genetyczne pomiędzy typami M1/M2, co sugeruje potrzebę ponownej oceny typów mikrogleju [14]. Niedawno mikroglej związany z chorobą (DAM) został również uznany za unikalny typ mikrogleju obserwowany w chorobach [14]. DAM charakteryzują się mikroglejem, który wyraża niski poziom genów nadzorujących i homeostatycznych oraz wysoki poziom markerów związanych ze zwyrodnieniem, takich jak receptory wyzwalające wyrażane na komórkach mieloidalnych 2 (TREM2) [14,15].

Jeśli chodzi o morfologię, rozpoznano około pięciu głównych morfotypów mikrogleju, w tym typy rozgałęzione, nadmiernie rozgałęzione, aktywowane, ameboidalne i pręcikowe. W warunkach niezagruntowanych lub „nieaktywnych” mikroglej wydaje się „rozgałęziony”. Są one rozmieszczone równomiernie jak „mozaika”, a każda składa się z małego i okrągłego korpusu komórki, do którego przymocowanych jest kilka cienkich i długich wyrostków, które stale się rozciągają i cofają, aby ułatwić ich funkcje obserwacyjne (rysunek 1) [2,5,16] .

Eksperymentalne obrazowanie mózgu in vivo wykazało, że te dynamiczne procesy zbliżają się do neuronów, glejów i naczyń krwionośnych, co sugeruje, że mikroglej aktywnie współpracuje z innymi częściami kory, aby utrzymać fizjologicznie normalne środowisko OUN [17]. Czasami rozgałęziony mikroglej może rozpoznawać zmiany w mikrośrodowisku i reagować, zmieniając się w mikroglej „hiperrozgałęziony”, zwykle definiowany przez liczniejsze procesy, które są dłuższe i grubsze, przyczepione do większych, zrazikowych i nieregularnie ukształtowanych ciał komórkowych (ryc. 1) [16,18 ] Większość typów pierwotnego „nierozgałęzionego” mikrogleju, w tym komórek nadmiernie rozgałęzionych, jest rozproszonych w OUN w sposób nieregularny i „skupiony” [2].

Hiperrozgałęziony mikroglej może również przejść do postaci aktywowanej pod wpływem znacząco szkodliwych bodźców, które również mają podobne ciała komórkowe do hiperrozgałęzionych komórek, a jednocześnie mają znacznie mniej wypustek, które są grubsze i krótsze (ryc. 1) [2,16,19] . Kiedy szkodliwe bodźce trwają długo, aktywowany mikroglej może przekształcić się w stan „ameboidalny” z komórkami bardziej okrągłymi, większymi i o bardziej regularnym kształcie oraz z bardzo małą liczbą procesów lub bez nich (ryc. 1) [16,18]. Niedawno ponownie odkryty morfotyp to mikroglej „pręcikowy”, charakteryzujący się długim ciałem komórkowym w kształcie kiełbasy z kilkoma wyrostkami, które nie zawsze mogą wykraczać poza długość rozgałęzionego mikrogleju (ryc. 1) [20,21].

Chociaż pojawiające się dowody wskazują, że pręciki mikrogleju lokalizują się w pobliżu neuronów i ustawiają się wzdłuż włókien nerwowych, ich dokładna funkcja wciąż nie została odkryta [20–23]. Ostatnim typem jest mikroglej ameboidalny, często określany jako typ fagocytarny, który przemieszcza się do miejsca uszkodzenia i fagocytozy martwe lub umierające neurony oraz resztki komórek (ryc. 1) [5,24]. Ostatnio pojawiające się dowody doprowadziły do ​​teorii, że morfotypy hiperrozgałęzione, aktywowane i pręcikowe mogą być formami „przejściowymi”, które istnieją między stanem rozgałęzionym a ameboidalnym [5,25].

2.1. Mikroglej siatkówki

Siatkówka jest istotną częścią OUN. Ze względu na jej przezroczystość dla światła możliwe jest zastosowanie mniej inwazyjnych metod obrazowania o wysokiej rozdzielczości do wizualizacji siatkówki [26,27]. Jest znany głównie ze swojego zaangażowania w przekształcanie energii świetlnej na sygnały elektryczne [28]. U człowieka siatkówka rozwija się od pierwszego miesiąca embriologicznie do końca pierwszego roku życia, wywodząc się z neuroektodermy [28,29]. Siatkówka składa się z kilku odrębnych warstw, przy czym najbardziej wewnętrzną warstwą jest warstwa włókien nerwowych siatkówki (RNFL), następnie warstwa komórek zwojowych (GCL), wewnętrzna warstwa splotowata (IPL), wewnętrzna warstwa jądrowa (INL), zewnętrzna warstwa splotowata (OPL), zewnętrzna warstwa jądrowa (ONL) i ostatnia warstwa nabłonek barwnikowy siatkówki (RPE) (ryc. 2) (29).W tych warstwach występuje kilka typów komórek, w tym komórki amakrynowe, komórki Mullera, astrocyty, komórki poziome , fotoreceptory pręcików i czopków oraz komórki dwubiegunowe, z których wszystkie można również znaleźć w pozostałej części OUN [29].

Około 0,2% wszystkich komórek siatkówki składa się z mikrogleju, z czego 50% zwykle znajduje się w IPL, a reszta w OPL (ryc. 2) [2]. Poprzez rozwój i homeostazę mikroglej dynamicznie przemieszcza się przez różne warstwy siatkówki, unikając jednak ONL [2]. Co więcej, wiele modeli chorób siatkówki i uszkodzeń siatkówki wykazało, że mikroglej może migrować w kierunku obszaru zwyrodnienia, ulegać aktywacji i proliferacji [30,31], co opisano bardziej szczegółowo w dalszej części. Chociaż zarówno mikroglej siatkówki, jak i mózgu powstają z pierwotnego pęcherzyka żółtkowego, wygląd każdego morfotypu może się różnić w zależności od regionu OUN [10].

Na przykład mikroglej w prążkowiu, hipokampie i korze czołowej ma większe ciała komórkowe z większą liczbą procesów w porównaniu z móżdżkiem [32]. Ponadto istnieją dowody na to, że odrębne warstwy kory mózgowej zawierają mikroglej o różnej wielkości [32]. Wygląd morfotypu może się również różnić w zależności od zastosowanych metod lub osi sekcji. Na przykład rozgałęziony mikroglej może sprawiać wrażenie rozgałęzionego poziomo, co w obserwacji przekrojowej wygląda jak jedna poziomo długa komórka, natomiast w przypadku obserwacji całego wierzchołka wygląda podobnie do wspomnianego wcześniej standardowego opisu morfologicznego rozgałęzionego mikrogleju [2,33 ]

Kiedy mikroglej jest zagruntowany i staje się hiperrozgałęziony, jego wyrostki rozciągają się promieniowo, docierając do różnych warstw, co jest lepiej widoczne w przekroju poprzecznym w porównaniu z obserwacjami na całym wierzchu [2,33]. Pomimo tych różnic stwierdzono, że mikroglej siatkówki i mózgu ma wspólną ekspresję kilku czynników transkrypcyjnych [2]. W licznych badaniach udało się również zaobserwować każdy morfotyp zarówno w mózgu, jak i siatkówce [2,4,5,22,33,34]. Jednak nadal nie jest jasne, czy każdy morfotyp w obu regionach OUN ma te same cechy [2].

2.2. Markery molekularne i bodźce wpływające na morfologię mikrogleju

Podobnie jak w mózgu, poszczególne morfotypy mikrogleju w siatkówce mogą wynikać z odpowiedzi mikrogleju na różne cytokiny, chemokiny lub wzorce molekularne związane z uszkodzeniami obecne w jego mikrośrodowisku, co sugeruje niejednorodność ekspresji genetycznej mikrogleju [9]. Na przykład uważa się, że rozgałęziony mikroglej wykazuje wysoką ekspresję P2RY12, co często wiąże się z funkcjami nadzorczymi, podczas gdy stwierdzono, że mikroglej ameboidalny wykazuje wysoki poziom ekspresji CD68 – notorycznego markera fagocytozy [35,36].

Zróżnicowane poziomy ekspresji kanałów jonowych mikrogleju i receptorów powierzchniowych mogą również oddziaływać z takimi cząsteczkami (np. cytokinami) w mikrośrodowisku mikrogleju, powodując zmiany mikrogleju, w tym gęstość, rozmieszczenie przestrzenne, stan aktywacji i morfotyp oraz patogenezę choroby [9,37]. Na przykład transformujący czynnik wzrostu beta (TGFβ) jest ważną cytokiną mikrogleju, plejotropowo zaangażowaną w fizjologiczny rozwój neuronów i naczyń siatkówki [37]. Ma i wsp. zaobserwowali mikroglej dodatni pod względem iba-1 w całych siatkówkach indukowanej tamoksyfenem ablacji TGFßR2 (receptora TGFß) u 2-miesięcznych myszy Cx3cr1CreER/+, Tgfbr2flox/flox [37 ]

Morfologia mikrogleju okazała się rozgałęziona 1 dzień po ablacji TGFßR2 (PTA), która następnie stała się mniej rozgałęziona „przysadzistymi” wyrostkami po 2–5 dniach PTA i ostatecznie pojawiła się z długimi wyrostkami, które ułożyły się wzdłuż naczyń krwionośnych siatkówki po 3–10 tygodniach PTA [37]. Analizy mikrogleju siatkówki z ablacją TGFβR2 w czasie rzeczywistym metodą łańcuchowej reakcji polimerazy (RT-PCR) wykazały zmniejszoną ekspresję czynników wzrostu (np. BDNF, PDGFA) i zwiększoną ekspresję markerów aktywacji stanu zapalnego (np. MHCII, CD68). Nie zaobserwowano tego w zdrowym mikrogleju.

Dodatkowo, chociaż zwierzęta, którym poddano ablację TGFßR2, nie wykazały żadnego wpływu na naczynia krwionośne siatkówki, doświadczyły ścieńczenia siatkówki i zwiększonego wskaźnika patologicznej neowaskularyzacji naczyniówkowej w odpowiedzi na uraz [37].

2.3. Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe: wpływ na mikroglej

Mikroglej siatkówki (i mózgu) wydziela również pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (EV), które są związanymi z błoną cząsteczkami złożonymi z mRNA, miRNA, DNA, cytokin, lipidów i białek, uważanymi za biopsję komórki macierzystej [6,38,39] . Pojazdy elektryczne biorą udział w komunikacji między komórkami poprzez transport swoich neuroprotekcyjnych/toksycznych składników w odpowiedzi na sygnały wewnątrzkomórkowe i zewnątrzkomórkowe, gdy przemieszczają się przez krwioobieg i płyn mózgowo-rdzeniowy (CSF), aby dotrzeć do innych komórek w bliskiej i dalszej odległości [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 >Rozmiar i forma o wielkości 1000 nm wynikają z pęcherzyków błonowych rozpadającego się, np. mikrogleju siatkówki [38]. Składniki ciał apoptotycznych, takie jak fosfatydyloseryna, modulują fagocytozę mikrogleju [38,39]. W wyniku tych różnorodnych cech niedawno zaczęto badać mikroglejowe pojazdy elektryczne pod kątem chorób neurodegeneracyjnych.

2.4. Mikroglej i starzenie się

Komórki mikrogleju w siatkówce szczurów noworodków i po urodzeniu mają kształt okrągły lub ameboidalny i wykazują procesy pseudopodalne zaangażowane w fagocytozę resztek komórkowych i rozwojową przebudowę synaps [2]. Stopniowo, w miarę zbliżania się drugiego i trzeciego tygodnia okresu poporodowego, ciała komórek mikrogleju stają się mniejsze, co ma drobne konsekwencje [2], przyjmując wysoce rozgałęziony fenotyp wraz z postępem rozwoju mózgu [40]. Postęp ten znajduje również odzwierciedlenie w obszarach mózgu, w tym w móżdżku, co sugeruje, że mikroglej aktywnie uczestniczy w dojrzewaniu OUN.

W badaniu oceniano charakterystykę mikrogleju korowego u starszych dorosłych (24 miesiące) i młodych dorosłych myszy (6 miesięcy), aby znaleźć zmniejszoną gęstość mikrogleju i nieregularnie rozmieszczone skupiska [41]. Jednakże badania mikrogleju siatkówki wykazały pewne sprzeczne wyniki.

Po pierwsze, zbadano grupy wiekowe myszy podobne do poprzedniego badania (18–24 miesiące w porównaniu z 3–4 miesiącami), aby stwierdzić, że starsze osoby dorosłe miały znacznie podwyższoną gęstość mikrogleju siatkówki w porównaniu z młodszymi dorosłymi myszami [42]. Sugeruje to, że reakcje mikrogleju na starzenie się mogą być specyficzne dla regionu. Dalsza kontrola obrazowania siatkówki w czasie rzeczywistym wykazała, że ​​większość mikrogleju u dorosłych dorosłych miała mniej i krótsze wyrostki, co sugeruje mikroglej aktywowany lub ameboidalny, niż u młodych myszy [42].

Stwierdzono, że są one ułożone w sposób mozaikowy. W nowszym badaniu oceniano różnice w morfologii i ekspresji markerów całego mikrogleju siatkówki u starych (15 miesięcy) i młodych (wiek nieokreślony) myszy [43]. W przeciwieństwie do wyników Damaniego i wsp., badanie to nie wykazało znaczących różnic w gęstości komórek mikrogleju siatkówki iba-1 dodatniego i obszarze objętym procesami pomiędzy obiema grupami wiekowymi, podczas gdy obszar somy komórkowej w OPL, IPL, Znacząco wzrosła liczba procesów NFL i GCL oraz liczba procesów pionowych [42,43].

Dodatkowo młode komórki mikrogleju wykazywały głównie ekspresję P2RY12 i nie posiadały CD68, podczas gdy starzejące się mikrogleje wykazywały CD68+ i wyglądały na ameboidalne [43]. Wyniki te sugerują natomiast, że wraz ze starzeniem się mikroglej może zmieniać swoją morfologię i profil genetyczny, aby dostosować się do procesu starzenia [43]. FernándezAlbarral i wsp. nie ujawniają jednak dokładnego wieku, gatunku myszy ani zastosowanych metod oznaczania ilościowego. Takie różnice między badaniami mogą mieć wpływ na wyniki.

Starzejące się mikrogleje stają się mniej dynamiczne, wykazując znacznie wolniejszą ruchliwość procesów w porównaniu do tych u ich młodszych odpowiedników, co prawdopodobnie pogarsza ich zdolność do ciągłego badania i interakcji ze środowiskiem [42]. Pośmiertne badania hipokampu i kory mózgowej u „młodych”, „średnich” i „starych” dorosłych (20–69 vs. 70+ vs. 90+ lat) dorosłych ujawniły bardziej specyficzne dla regionu reakcje mikrogleju na starzenie się [4]. Stwierdzono, że mikroglej w kształcie pręcika jest znacznie liczniejszy w „środku” w porównaniu z „młodymi” dorosłymi, chociaż zaobserwowano to tylko w hipokampie, podczas gdy u „starych” dorosłych stwierdzono jedynie znaczny wzrost pręcików w hipokampie [4]. Inne badania kory mózgowej i hipokampa wykazały podobne trendy w mikrogleju wraz z wiekiem, co sugeruje, że starzejący się mikroglej może mieć zmniejszone zdolności nadzoru wymagane do utrzymania zdrowego OUN, co z kolei może zwiększać ryzyko rozwoju chorób neurodegeneracyjnych [44–46].

Mielinizowane aksony neuronów są istotną cechą OUN, która umożliwia efektywne przewodnictwo potencjału czynnościowego [47]. Chociaż mielina jest wytwarzana przez wiele komórek oligodendrocytów, ulega ona ciągłej odnowie, a resztki mieliny są bezpośrednio usuwane i pośrednio zastępowane przez mikroglej [47,48]. Jednakże zaproponowano, że zmiany w tworzeniu resztek mieliny wraz ze starzeniem się mogą również skutkować związaną z wiekiem dysfunkcją komórek odpornościowych OUN, takich jak mikroglej [49]. Dlatego wraz z wiekiem występuje więcej upośledzonych cząsteczek związanych z mieliną i wymagany jest wyższy wskaźnik obrotu białka mieliny [49].

Prowadzi to do zwiększonego tempa rozpadu mieliny, powodując uciążliwą akumulację mieliny, która następnie tworzy nierozpuszczalne agregaty lizosomalne w komórkach mikrogleju [49]. TREM2 ulega ekspresji na błonach powierzchniowych komórek mikrogleju; jednakże jego niedobór lub mutacja może skutkować chorobą spowodowaną nadmierną demielinizacją [50]. Poliani i in. odkryli, że w „starych” mózgach z niedoborem TREM2 występowała demielinizacja z mikroglejem dystroficznym i przypominającym amebę [50]. Mówi się również, że mikroglej ameboidalny z dodatnim wynikiem TREM2-może następnie przybierać różne kształty, gdy zaczyna wytwarzać czynniki takie jak TNF i IL-1, które są uważane za czynniki „proregeneracyjne” [48 ]

Zatem macierz zewnątrzkomórkowa jest modyfikowana w celu wywołania modyfikacji macierzy zewnątrzkomórkowej w celu przyciągnięcia i aktywacji komórek prekursorowych oligodendrocytów (OPC), które następnie remielinizują akson [48]. Co więcej, stwierdzono, że zdrowe odpowiedzi mikrogleju na demielinizację zwiększają ekspresję genów związanych z aktywacją, fagocytozą i metabolizmem lipidów, podczas gdy w mikrogleju z niedoborem TREM2 nie stwierdzono takiego zjawiska [50]. Inne badania wykazały, że chociaż usuwanie resztek przez fagocytozę mikrogleju jest bardziej znaczące wraz z wiekiem, fagocytoza „młodszej” mieliny była skuteczniejsza niż w przypadku „starszej” mieliny [51]. Te związane z wiekiem zmiany były również skorelowane z częstszym występowaniem „dystroficznego” nierozgałęzionego mikrogleju [51]. Nie przeprowadzono jeszcze wielu badań nad fagocytozą mikrogleju siatkówki związaną z resztkami mieliny, prawdopodobnie z powodu braku mieliny w samej siatkówce.

Wraz ze starzeniem się populacje mikrogleju stają się dystroficzne i ulegają zmianom strukturalnym i morfologicznym. Cytoplazma zaczyna się fragmentować, a ich procesy komórkowe stopniowo tracą drobne rozgałęzienia i wykazują sferoidalne obrzęki [52]. Ponadto ich konstytutywna funkcja mikrogleju zaczyna spadać i wykazuje nieprawidłowe reakcje na uszkodzenie mikrogleju. Zmiany te, w połączeniu ze zmianami molekularnymi i zmianami związanymi z wiekiem związanymi z ekspresją genów w mikrogleju, powodują zmniejszoną zdolność mikrogleju do utrzymania homeostazy w środowisku odpornościowym, co może przyczyniać się do upośledzenia neuronów, pogorszenia funkcji poznawczych i chorób związanych z wiekiem [5,27,53– 55].

2.5. Czynniki genetyczne: wpływ na starzenie się mikrogleju

Wiek jest dobrze znanym czynnikiem ryzyka chorób neurodegeneracyjnych [56–58]. Dlatego też dużym zainteresowaniem cieszy się zmiana ekspresji genów w starzejącej się siatkówce. Na przykład Chen i in. zbadali całkowity RNA siatkówki 3-miesięcznych i 20-miesięcznych myszy C57BL/6 [57]. Wraz z wiekiem 298 genów, w tym związanych z reakcją na stres i syntezą glikoprotein, uległo zwiększeniu ponad dwukrotnie, podczas gdy 137 genów, w tym związanych z odpowiedziami immunologicznymi i obronnymi, również uległo obniżeniu ponad dwukrotnie [57 ]

Dodatkowo analizy RT-PCR wykazały wzrost liczby genów związanych z aktywacją cytokin zapalnych, chemokin lub dopełniacza, np. ligandu 2 (CCL2), CCL12 lub składnika dopełniacza 3 (C3) chemokiny (motyw CC) [57]. Autorzy postawili następnie hipotezę, że może to odzwierciedlać aktywację mikrogleju, co zostało potwierdzone immunohistologiczną obserwacją mikrogleju ameboidalnego izolektyny B4+ w IPL wyłącznie u starszych myszy [57]. W innym badaniu udało się konkretnie zbadać zmiany transkrypcyjne w starzejącym się mikrogleju siatkówki poprzez porównanie RNA wyekstrahowanego z izolowanego mikrogleju siatkówki 3-, 12-, 18- i 24-miesiąc- stare myszy C57BL/6 [58].

W sumie zidentyfikowano 719 genów o różnej ekspresji, które funkcjonalnie powiązano z regulacją odporności mikrogleju, np. IL3 i IL7, angiogenezą, np. czynnikami wzrostu śródbłonka naczyniowego i troficznymi czynnikami wzrostu, np. neurotrofiną [58]. Co ciekawe, podobnie jak Chen i wsp., ekspresja C3, genu związanego ze zwyrodnieniem plamki związanym z wiekiem (AMD), wzrasta wraz z wiekiem, co sugeruje, że związane ze starzeniem się zmiany transkrypcyjne mikrogleju siatkówki mogą przyczyniać się do patogenezy AMD [58].

3. Stwardnienie rozsiane

3.1. Stwardnienie rozsiane

Stwardnienie rozsiane (SM) to przewlekła choroba zapalna OUN, na którą cierpi około 100000 pacjentów w Wielkiej Brytanii i 2500000 pacjentów na całym świecie [59]. Co ciekawe, może dotyczyć nawet trzy razy większej liczby kobiet niż mężczyzn, a średni wiek zachorowania przypada na wczesną dorosłość [60]. Chociaż pierwsze wzmianki o cechach patofizjologicznych związanych ze stwardnieniem rozsianym pochodzą z 1838 r., ich objawy patologiczne i kliniczne zostały po raz pierwszy zidentyfikowane jako „stwardnienie rozsiane” w 1863 r. przez Jean-Martina Charcota [61].

Od tego czasu ujawniono złożone patologie stwardnienia rozsianego. Często występujące objawy stwardnienia rozsianego obejmują ścieżkę oczną, takie jak ścieńczenie RNFL, zapalenie nerwu wzrokowego (ON) charakteryzujące się zapalnym uszkodzeniem nerwu wzrokowego oraz zapalenie błony naczyniowej oka charakteryzujące się wewnątrzgałkowym zapaleniem ciała szklistego, siatkówki i błony naczyniowej [62–66]. Donoszono również, że takie zmiany w siatkówce mogą wystąpić przed zmianami w pozostałej części OUN w wielu chorobach neurodegeneracyjnych, w tym w stwardnieniu rozsianym [26].

Te ostatnie odkrycia doprowadziły do ​​dużego zainteresowania badaniami siatkówki. Pomimo złożonych procesów związanych z rozwojem stwardnienia rozsianego jest to choroba charakteryzująca się odpowiedzią autoimmunologiczną poprzez aktywację komórek odpornościowych, takich jak limfocyty T, limfocyty B, komórki mikrogleju i makrofagi, demielinizację, remielinizację i neurodegenerację [12,67–69].

Dobrze znana hipoteza głosi, że stwardnienie rozsiane rozwija się w dwóch głównych fazach. Po pierwsze, komórki T i komórki B pośredniczą w odpowiedziach zapalnych poprzez uwalnianie cytokin, które indukują aktywację komórek zapalnych, takich jak mikroglej, za „zamkniętą” barierą krew-mózg (BBB) ​​[68,70–72]. Przewlekły stan zapalny może następnie skutkować dysfunkcją mitochondriów, powodując niedobór energii. Po drugie, sygnały neuroprotekcyjne są pomijane, co upośledza zdolność naprawy demielinizacji, uszkodzonych aksonów i neurodegeneracji [68,70]. W rezultacie dochodzi do znacznych blokad przewodnictwa aksonalnego, w wyniku czego ostatecznie u pacjenta pozostają nieodwracalne uszkodzenia OUN, takie jak BBB, powodujące „nieszczelność” [68]. Pozostaje to jednak teorią ze względu na pojawiające się niedawno dowody wskazujące, że niektórzy pacjenci lepiej reagują na środki terapeutyczne ukierunkowane na komórki B w porównaniu z lekami ukierunkowanymi na komórki T [70]. Chociaż przeprowadzono wiele badań z wykorzystaniem stale rozwijających się metod, brak jest konsensusu ze względu na sprzeczne wyniki naukowe [73].

3.2. Podtypy stwardnienia rozsianego

Istnieje spektrum nasilenia objawów i szybkości postępu, co odzwierciedla heterogeniczność stwardnienia rozsianego [70]. Najwcześniejszy obraz pacjentów ze stwardnieniem rozsianym można rozpoznać jako zespół izolowany klinicznie (CIS) [67]. U pacjentów z CIS występują jednofazowe i jednoogniskowe epizody objawowe, objawiające się np. ataksją, światłowstrętem lub arefleksją, które trwają od 24 godzin do 3 tygodni [67]. Pierwotnie postępujące stwardnienie rozsiane (PPMS) dotyka około 15% pacjentów ze stwardnieniem rozsianym, którzy zwykle doświadczają stałego i postępującego pogorszenia stanu zdrowia [74]. Postępujące nawracające stwardnienie rozsiane (PRMS) jest najrzadziej występującą postacią stwardnienia rozsianego, która dotyka tylko około 5% pacjentów, u których występuje stały spadek stanu zdrowia z nieoczekiwanymi skokami pogorszenia i powrotu do zdrowia [74]. Nawrotowo-remisyjna postać stwardnienia rozsianego (RRMS) jest częstszą postacią, dotykającą 80–90% pacjentów, u których występuje nieprzewidziany wzrost niepełnosprawności [70].

Zwykle po tych gwałtownych wzrostach następuje całkowite wyleczenie, ale w miarę starzenia się pacjentów i przechodzenia do późniejszych stadiów wyzdrowienie staje się częściowe [70,74]. Może to być uzasadnione faktem, że u wielu pacjentów z RRMS rozwija się wtórnie postępujące stwardnienie rozsiane (SPMS), u którego pacjenci mogą doświadczać mniejszej liczby skoków upośledzenia i zacząć naśladować trajektorię choroby PPMS [70,74]. Ostatnio szersze zainteresowanie badaniami genetycznymi umożliwiło rozpoznanie alleli i wariantów genów specyficznych dla stwardnienia rozsianego, zwłaszcza poprzez badanie asocjacji całego genomu [70,75]. Duża ilość danych umożliwiła przeprowadzenie bardziej wyrafinowanych analiz, które wykazały, że określone warianty genów są skorelowane z różnymi typami stwardnienia rozsianego [76]. Te warianty genów znajdowano głównie fizycznie i funkcjonalnie w pobliżu genów immunomodulacyjnych związanych z patogenezą stwardnienia rozsianego [70,75].

Mimo to profile tych podtypów mają jedynie charakter opisowy, ponieważ brakuje wystarczających dowodów, aby dokonać dokładnych rozróżnień patofizjologicznych [77]. Na przykład u dużej części pacjentów ze stwardnieniem rozsianym występują fazy bezobjawowe, podczas których zmiany związane ze stwardnieniem rozsianym i inne zmiany patofizjologiczne mogą pojawiać się po cichu [78]. Niektóre pośmiertne badania mózgu wykazały nawet, że istniały charakterystyczne patologie związane ze stwardnieniem rozsianym obserwowane u osób, które przez całe życie uznawano za „zdrowe” [78]. Dlatego też ostatnio ewoluowały odniesienia do tych podtypów, rozróżniając aktywność choroby lub jej brak, ze szczegółami dotyczącymi „napływów” lub stałego postępu oraz obserwacjami nowych zmian w OUN [77].

For more information:1950477648nn@gmail.com