Reklama

    Najbliższe wydarzenia

    Brak wydarzeń

    Podobieństwa patologii mózgu wywołanej zatruciem rtęcią i w autyzmie - cz. 1

    Review Acta Neurobiol Exp 2012, 72: 113–153

    © 2012 by Polish Neuroscience Society - PTBUN, Nencki Institute of Experimental Biology

    wprowadzenie

    dowody sugerują, że dzieci ze spektrum autyzmu mają większą podatność na zatrucia ciężkimi metalami niż dzieci neurotypowe (Holmes et al. 2003, Kern and Jones 2006, Rose et al. 2008, Nataf et al. 2008, James et al. 2009, Geier et al. 2009a, Majewska et al. 2010, Youn et al. 2010, Kern et al. 2011a). przykładowo, u dzieci z ASD wykryto niski poziom glutationu (GSH) i siarczanów (SO4) w osoczu krwi (Waring and Klovrza 2000, James et al. 2004, 2006, 2009, Geier and Geier 2006, Geier et al. 2009c, Pasca et al. 2009, Adams et al. 2011), które są niezbędne dla detoksykacji organizmu (Gutman 2002, Kern et al. 2004).

    W odniesieniu do osób z ASD używano określeń „słaba detoksykacja” lub „słabe wydalanie toksyn” (Holmes et al. 2003). W ostatnich badaniach, DeSoto i Hitlan (2010) zaobserwowano, że istnieje 58 publikacji naukowych, które podają dane empiryczne na temat związku między autyzmem i jednym lub kilkoma metalami ciężkimi. Spośród tych 58 publikacji 43 wskazują statystycznie istotny związek między autyzmem a ekspozycją na metale toksyczne. Zatem 74% badań dowodzi znaczenia relacji między ASD i metalami toksycznymi. Ponadto kilka ostatnich badań pokazuje, że im większe jest obciążenie organizmu dziecka metalami toksycznymi, tym cięższe są objawy zaburzeń autystycznych u tego dziecka.

     

    Dowód na podobieństwa między zatruciem rtęcią a patologią mózgu w autyzmie

    Janet K. Kern-1,2*, David A. Geier-1,3, Tapan Audhya-4, Paul G. King-3, Lisa K. Sykes-3 oraz Mark R. Geier-5

    1. Institute of Chronic Illnesses, Inc., Silver Spring, Maryland, USA;

    1. University of Texas Southwestern Medical Center at Dallas, Dallas, Texas, USA , *Email: Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć. ;

    2. CoMeD, Inc., Silver Spring, Maryland, USA;

    3. Vitamin Diagnostics, Cliffwood Beach, New Jersey, USA;

    4. ASD Centers, LLC, Silver Spring, Maryland, USA

     

    Celem niniejszej publikacji jest przeanalizowanie podobieństw między wpływem zatrucia rtęcią na mózg i patologią mózgu wykrytą w zaburzeniach spektrum autyzmu (ASD). Niniejsza publikacja znajduje dowody istnienia wielu analogii między tymi dwoma problemami w tym: (1) degeneracja mikrotubuli, specyficzna degeneracja aksonów długo-zakresowych i w konsekwencji pączkowanie aksonów (krótkie, cienkie aksony); (2) przerost dendrytów; (3) zapalenie układu nerwowego; (4) aktywacja mikrogleju i astrocytów; (5) aktywacja odpowiedzi immunologicznej mózgu; (6) podwyższone kwaśne białko włókienkowe; (7) stres oksydacyjny i perodyksacji (utleniania) lipidów; (8) zmniejszony poziom zredukowanego glutationu i podwyższony poziom glutationu utlenionego; (9) zaburzenia mitochondrialne; (10) zaburzenie homeostazy i sygnalizacji wapnia; (11) zahamowanie działania dekarboksylazy kwasu glutaminowego (GAD); (12) zaburzenie homeostazy GABAergicznej i glutaminy; (13) zahamowania działania syntazy metioniny i IGF-1; (14) zaburzenia metylacji; (15) dysfunkcje komórek śródnabłonka naczyniowego i zmiany patologiczne naczyń krwionośnych; (16) zmniejszony przepływ krwi mózgowej / móżdżkowej; (17) zwiększenie prekursorowego białka amyloidu; (18) utrata komórek ziarnistych i komóek Pukinjego w móżdżku; (19) zwiększony poziom pro-zapalnych cytokin w mózgu (TNF-α, IFN-γ, IL-1β, IL-8); oraz (20) zmienny NF-κB (nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells). Niniejsza publikacja również traktuje o zdolności rtęci do zwiększania siły i synergistycznego działania z innymi toksynami i patogenami w taki sposób, że mogą one przyczynić się do patologii mózgu w zaburzeniach spektrum autyzmu. Dowody sugerują, że rtęć może być przyczyną lub działać synergistycznie z innymi złożonymi toksynami lub patogenami wywołując patologię mózgu obserwowaną u osób z diagnozą ASD - J.K. Kern et al.(Holmes et al. 2003, Nataf et al. 2006, Geier and Geier 2007, Geier et al. 2009b, Adams et al. 2009, Kern et al. 2010, Elsheshtawy et al. 2011, Lakshmi Priya and Geetha 2011). Chociaż badania wykazały związek między autyzmem a różnymi toksycznymi metalami jak kadm, ołów i arszenik, większość badań koncentruje się na rtęci (Hg).

    Rtęć ma ogromnie negatywne wpływ na mózg, które jest zrozumiałe i ma szeroki zakres. Przy zatruciu rtęcią porażonych jest wiele układów. W wyniku zatrucia rtęcią rażony jest nie pojedynczy cel, lecz liczne obiekty i następuje kaskada zdarzeń. Jeśli rtęć odgrywa sprawczą lub współsprawczą rolę rolę w patologii mózgu u osób z ASD, to patologia mózgu obserwowana przy zatruciu rtęcią powinna być podobna do patologii mózgu przy ASD. Niewiele prac badawczych przeprowadzono, by przeanalizować lub zebrać podobieństwa między wpływem zatrucia rtęcią na mózgu oraz patologiami znalezionymi w mózgu osób z ASD. W 2000, Bernard i współautorzy udokumentowali podobieństwa między objawami autyzmu i objawami po ekspozycji na rtęć, oraz opisali zmiany w mózgu przy zatruciu rtęcią i autyzmie.

    Jednakże, od tamtego czasu pojawiają się coraz liczniejsze dowody rzucające nowe światło na specyficzne neurologiczne oddziaływanie rtęci na mózg. Niniejsze opracowanie dotyczące najnowszych publikacji odkrywa ważne analogie między wpływem zatrucia rtęcią na mózg i patologie mózgu wykryte u osób z ASD. Każdy rozdział niniejszej publikacji wyjaśnia typ patologii wywołanej przez zatrucie rtęcią a następnie patologię mózgu związanej z ASD. Każdy rozdział będzie zakończony krótkim podsumowaniem. Rozprawę rozpoczniemy morfologicznymi zmianami neuronów zaindukowanymi rtęcią.

     

    DEGENERACJA MIKROTUBULI I NEURYTÓW

    dowody na degenerację mikrotubuli i neurytów wskutek ekspozycji na rtęć

    Rtęć może spowodować degenerację neuronowych aksonów, ponieważ rtęć zakłóca strukturę aksonu i neurytu, powodując ich rozerwanie i depolimeryzację (Choi et al. 1981, Vogel et al. 1985, Leong et al. 2001, Castoldi et al. 2003). kluczowym elementem strukturalnym błony neurytu jest tubulina, kuliste białko (Leong et al. 2001). W normalnych warunkach cząsteczki tubuliny łączą się razem (koniec do końca) i tworzą mikrotubule, które układają strukturę lub rusztowanie niezbędne dla aksonów i dendrytów (Yu et al. 2000, Leong et al. 2001). Guanozyno-trifosforan (GTP) stale łączy się z tubuliną i dostarcza energii, która pozwala białkom pozostać połączonym ze sobą.

    Jednakże, gdy w mózgu obecna jest rtęć, wiąże się ona z tubuliną w miejscu, gdzie podłącza się GTP, zastępując GTP. Jak wspomniano, GTP dostarcza energii, która pozwala białkom tubuliny pozostać połączonymi, obecność rtęci w miejscu łączenia z GTP zatrzymuje transfer energii, co przerywa połączenia części składowe tubuliny i zakłóca to rusztowanie. W konsekwencji, mikrotubule rozpadają się a aksony i neuryty rozrywają się lub niszczą. Ta degeneracja jest również odnoszona to postępującego wycofywania się (Choi et al. 1981, Leong et al. 2001, Castoldi et al. 2003). Rtęć prawdopodobnie pośredniczy postępującej degeneracji poprzez przyłączania wolnych grup tiolowych zarówno na końcach jak i na powierzchni mikrotubuli (Castoldi et al. 2003). Rtęć wykazuje duże przyciąganie i łączenie do grup tiolowych (-SH). Poza tym rtęć łączy mocno również tiole występujące w białkach cytoszkieletowych w neuronach (Castoldi et al. 2003, Stoiber et al. 2004, Aschner et al. 2010). Ponadto działanie, jakie wykazuje rtęć na mikrotubule i w konsekwencji degeneracja aksonów, jest charakterystyczna tylko dla rtęci. Inne metale toksyczne, np. mangan, kadm, aluminium, nie mają takiego działania (Leong et al. 2001).

    Degeneracja neurytu wywołana rtęcią poprzez przyłączenie się rtęci do tubuliny wykazana była zarówno w badaniach in vitro jak i in vivo przez kilku naukowców. Przykładowo Leong i koledzy (2001) zaaplikowali roztwór chlorku metalu (2 μl) z Hg (10-7 M) bezpośrednio na pojedyncze stożki wzrostu i u 77% wszystkich stożków wzrostu nerwu zauważyli przerwanie struktury ich błony i zaburzenie liniowego wzrostu, rozerwaną strukturę tubuliny/mikrotubuli oraz błąd rośnięcia neuronowej somaty. Innymi słowy, akson został zniszczony. Vogel i współautorzy (1985) udokumentowali, że depolimeryzacja degeneracja aksonu) zachodzi przy stężeniu powyżej 1.0 × 10-5 M metylortęci (MeHg). MeHg wiązała się z wolnymi grupami tiolowymi zarówno na powierzchni jak i na krańcach mikrotubuli. Pendergrass i koledzy (1997) poddali szczury ekspozycji na Hg0 to stężeniu, które występuje w ustach osób posiadających plomby amalgamatowe i zauważyli, że 14 dnia ekspozycji ilość tubulin zmniejszyła się o 41-74%. Pamphlett i Png (1998) szukali oznak uszkodzenia neuronów ruchowych i czuciowych i odkryli, że rtęć „skraca aksony ruchowe”. Autorzy zauważyli, że po 30 tygodniach ekspozycji na 1 lub 2 μg/g chlorku rtęci, w grupie, której wstrzykiwano Hg, znaleziono mniej dużych zmielinizowanych aksonów niż w grupie kontrolnej. Zauważyli także nieznaczny wzrost ilości małych aksonów u myszy eksponowanych na 1 μg/g Hg.

    Co ważne, utrata dużych zmielinizowanych aksonów lub wybiórcza podatność dużych aksonów opisana przez Pamphlett i Png (1998) została potwierdzona przez innych. Na przykład Stankovic i współautorzy (2005) przeanalizowali wspływ Hg na neurony ruchowe i odkryli degenerację aksonów, atrofię i hipertrofię aksonów, przy czym duże aksony były bardziej podatne na Hg. Inny przykład pochodzi z badania Stankovicza (2006), który wykrył atrofię głównie w dużych zmielinizowanych włóknach, podgrupie aksonów. Wcześniej Mitchell i Gallagher (1980) odkryli, że octan rtęci metylowej (MeHgOAc) powoduje degenerację aksonalną w dużych zmielinizowanych włóknach. Ważne jest, by zwrócić uwagę na to, że neurony o długim zasięgu mają, generalnie, większe ciała komórkowe i aksony niż neurony (LC) o lokalnym zasięgu (Jacquin et al. 1989, Taylor 1996).

    Neuryty (aksony i dendryty) zapewniają połączenia między neuronami a połączenia między neuronami tworzą obwód neuronalny mózgu. Spójność obwodu neuronalnego pozwala na interakcje wewnątrz obszaru mózgu i między różnymi obszarami mózgu. Wycofanie tych procesów lub utrata spójności aksonów, jak opisano powyżej, prowadzi do utraty spójności w mózgu. Następny rozdział opisuje dowody na wycofanie procesów i nieprawidłową spójność w autyzmie.

     

    Dowody na degenerację neurytu/proces retrakcji (utrata aksonu) i utrata spójności w autyzmie

    Ostatnie badania wykazały dowody na proces retrakcji lub utratę aksonów w autyzmie. Morgan i koledzy (2010), przykładowo, badali grzbietowo-boczną korę przedczołową u mężczyzn z autyzmem (n=13) i grupie kontrolnej (n=9), i zaobserwowali proces retrakcji i pogrubienie tylko u mężczyzn autystycznych. Zikopoulos i Barbas (2010) badali zmiany w aksonach postmortem w tkance mózgu osoby autystycznej poniżej przedniej kory zakrętu obręczy (ACC), kory oczodołowo-czołowej (OFC), i bocznej kory przedczołowej (LPFC) i znaleźli zmniejszoną ilość największych aksonów, które komunikują się na długie odległości i zwiększoną ilość cienkich aksonów, które łączą sąsiadujące obszary. Liczne badania wykazywały nieprawidłową łączność u osób z ASD (Wan i Schlaug 2010). Niektóre terminy stosowane do opisania zaburzonej łączności neuronalnej u osób z autyzmem to „niedostateczna łączność”, „zaburzona łączność”, „przerwana łączność” lub „zmieniona łączność mózgu” (Belmonte et al. 2004, Wan i Schlaug 2010, Wass 2011). Badania wykazały szczególnie niedostateczną łączność w połączeniach długo-zakresowych i nadmierną łączność w krótkim zakresie i lokalnej sieci, przy czym najbardziej dotknięte były płaty skroniowy i czołowy (Wass 2011). Przykłady badań, które wykazały nieprawidłową łączność (zarówno długo-zakresową niedostateczną łączność jak i krótko-zakresową nadmierną łączność) u osób z autyzmem są następujące:

    Barttfeld i współautorzy (2011) wykorzystali elektroencefalograf (EEG) do oceny dynamicznej łączności mózgu w ASD skupiając się na zakresie niskich częstotliwości (delta) i wykazali, że u osób z ASD brakuje połączeń długo-zakresowych, a jest więcej połączeń krótko-zakresowych.

    Interesujący jest fakt, że w miarę zwiększania się objawów ASD, ilość połączeń krótko-zakresowych rosła, a długo-zakresowych malała. Wykorzystując magnetoencefalograf (MEG) Pollonini i koledzy (2010) przeanalizowali łączność mózgu w oparciu o testy przyczynowości Grangera przeprowadzonych u 8 osób autystycznych i 8 zdrowych osobach. Zaobserwowali wymierne różnice w łączności u obu grup.

    Teoria korowej niedostatecznej łączności w autyzmie była badana poprzez analizowanie nerwowych podstaw procesów wzrokowo-przestrzennych w jednym opracowaniu przypadku wysoko-funkcjonującego autyzmu. Wykorzystując kombinację metodologicznych narzędzi behawioralnych, funkcjonalnego rezonansu magnetycznego, funkcjonalnej łączności i morfometrii ciała modzelowatego, Damarla i współautorzy (2010) zaobserwowali, że grupa autystyczna miała mniejszą funkcjonalną łączność między obszarami pamięciowymi/wykonawczymi a obszarami wzrokowo-przestrzennymi (między płatem czołowym a ciemieniowo-potylicznym).

    Kilka innych studiów wykorzystujących różne metody, jak rezonans magnetyczny (MRI) i techniki parcelacji istoty białej, badały kwestie łączności w autyzmie. Wszystkie te opracowania wykazały, że funkcjonalna łączność między obszarami mózgu u osoby autystycznej jest zmniejszona (Herbert et al. 2004, 2005, Herbert 2005). Przykładowo, Ebisch i koledzy (2011), za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI), wykryli zmniejszoną funkcjonalną łączność u osób z ASD w porównaniu do grupy kontrolnej, między przednią i tylną wyspą a specyficznymi obszarami mózgu zaangażowanymi w przetwarzanie emocjonalne i sensoryczne. Stwierdzili, że funkcjonalne nieprawidłowości w sieci zaangażowanej w świadomość emocjonalną i interoceptywną może być podstawą odmiennych doświadczeń emocjonalnych i zaburzeń umiejętności społecznych u osób z ASD.

    Odnośnie lokalnej, czyli krótko-zakresowej, nadmiernej łączności kilka publikacji sugeruje, że w autyzmie następuje obszarowy przerost mózgu. Stigler i współautorzy (2011) podsumowali wyniki odpowiednich badań strukturalnych i funkcjonalnych MRI u osób z ASD i wyciągnęli wnioski o „wczesnych szybkim przeroście mózgu u zaburzonych osób”. Podobnie, na podstawie badań rezonansu Courchesne i koledzy (2003) podali dowody na przerost mózgu w pierwszych latach życia u osób z diagnozą autyzmu. Donoszą również, że po nadmiernym wzroście mózgu następuje nieprawidłowo wolny wzrost lub jego zahamowanie (Courchesne 2004).

    Santos i współautorzy (2010) zaobserwowali, że przerost mózgu rozpoczyna się przed 2 rokiem życia. Przeprowadzili analizę mózgów postmortem czterech młodych pacjentów z autyzmem i trzech z grupy kontrolnej w porównywalnym wieku i zaobserwowali neuronalny przerost u dzieci autystycznych. Schumann i współautorzy (2010) przeprowadzili strukturalny rezonans magnetyczny (MRI) mózgu w ujęciu południkowym u małych dzieci w czasie, gdy objawy autystyczne stają się klinicznie widoczne, oraz kilka razy w późniejszym czasie (od 1,5 roku do 5 lat) i zauważyli, że zarówno istota szara jak i biała były znacznie powiększone, a największy przerost wystąpił w płacie czołowym, skroniowym i zakręcie obręczy. Ciało migdałowate było również przerośnięte.

    Mierząc ciało migdałowate na zdjęciach rezonansu magnetycznego 89 małych dzieci w wieku 1-5 lat (średnia = 3 lata) Schumann i koledzy (2009) zauważyli, że przerost rozpoczyna się przed trzecim rokiem życia. Podobnie do badań Barttfeld i współautorzy (2011) cytowanych wcześniej, stopień nieprawidłowej łączności był związany z dotkliwością klinicznych zaburzeń. Istnieje wiele więcej publikacji, które sugerują problem łączności mózgu u osób z ASD. Dla uzyskania kompletnej opinii nt łączności i listy obecnych badań sugerujących nieprawidłową łączność mózgu u osób z ASD, proszę zajrzeć do Wass (2011). Jak Wass (2011) obserwuje w swoich ostatnich badaniach nad łącznością u osób z ASD, istnieją „znacznie zbieżne dowody, sugerujące, że u osób z ASD łączność jest zakłócona”. Z przeglądu publikacji wyciągnął wnioski, że dowody wskazują zarówno na lokalną nadmierną łączność jak i na długo-zakresową niedostateczną łączność, oraz że te zakłócenia okazują się bardziej poważne w później rozwijających się obszarach korowych. Długo-zakresowa niedostateczna łączność i krótko-zakresowa nadmierna łączność między obszarami mózgu okazuje się być przeważająca u osób z autyzmem (Wass 2011). Jak Hg mogłaby wywołać te zakłócenia łączności między obszarami mózgu u osób autystycznych jest omówione w dalszej części niniejszego rozdziału.

     

    Jak ekspozycja na Hg może wywołać długo-zakresową niedostateczną łączność i lokalną nadmierną łączność obserwowaną w autyzmie

    Do chwili obecnie są tylko teorie odnośnie przyczyny krótko-zakresowej nadmiernej łączności w ASD (Courchesne et al. 2011). W tej części będziemy omawiać, jak krótko-terminowa nadmierna łączność może być wywołana utratą długo-zakresowych aksonów.

    Jak wyjaśniono powyżej, rtęć wybiera długie aksony jako ulubiony cel i powoduje ich retrakcję/degenerację (Mitchell i Gallagher 1980, Stankovic 2006), a dowody pokazują, że w autyzmie dochodzie do retrakcji aksonów, proporcjonalnego zmniejszenia najdłuższych aksonów – tych, które komunikują się na długą odległość (Zikopoulos i Barbas 2010, Wass 2011).

    Hg wywołuje utratę długo-zakresowej łączności poprzez degenerację długich aksonów, zatem niewykluczone jest, że przerost lokalnych aksonów i dendrytów jest mechanizmem kompensującym.

    Poniższe dowody wyjaśniają ten model. W wyniku traumatycznego zranienia aksonów centralnego układu nerwowego (CUN), u aksonów następuje proces, zwany regeneracyjnym pączkowaniem. Regeneracyjne pączkowanie zdarza się, gdy zraniony neuron próbuje odbudować zraniony akson. Jednak aksony są niezdolne do naprawy miejsca zranienia, (Schwartz i Flanders 2006), do wydłużenia się i przejścia prawidłowej regeneracji (Meyer et al. 2009). Im krótsza odległość między miejscem regeneracji a neuronem, tym większa szansa na udaną regenerację, ponieważ dojrzałe aksony neuronalne będą regenerować się tylko na krótkich odcinkach w CUN (Fawcett 1992).

    Chociaż wiele neuronów CUN może przetrwać nawet kilka lat po zranieniu, zranione aksony nie zregenerują się poza miejsce zranienia zarówno u dzieci jak i u dorosłych (Glenn i Zhigang 2006). Brak odpowiedzi regeneracyjnej wynika, po części, z obecności inhibitujących cząsteczek takich jak białka mielino-pochodne lub proteoglikany siarczanu chondroityny (Hill et al. 2001, Seira et al. 2010).

    Poza tym komórki glejowe w CUN (zarówno oligodendrocyty jak i astrocyty) na miejscu zranienia produkują cząsteczki inhibitujące, które hamują odrost aksonu (Fawcett 1997, Stichel i Muller 1998, Goldshmit et al. 2004). Jak wcześniej wspomniano, utrata długo-zakresowych aksonów w wyniki ekspozycji na Hg okazuje się skutkować nieznacznym wzrostem ilości małych aksonów (Pamphlett i Png 1998). Chociaż regeneracja aksonów jest ograniczona, odpowiedzią dendryczną na zranienie neuronu lub aksonu jest przerost, tzn. nadprodukcja gałęzi dendrytowych (Jones i Schallert 1992, Jones 1999). Wykazano, że w wyniku uszkodzenia połączonych obszarów mózgu w mózgu zachodzi odpowiedź adaptacyjna, która obejmuje reaktywne pączkowanie aksonu i nadprodukcję dendrytów (Jones 1999). Ponadto, nawet jeśli przerost dendrytów ostatecznie zostanie zatrzymany, jest on większy w porównaniu do grupy kontrolnej (Jones i Schallert 1994, Jones 1999). Kilka innych opracować pokazuje, że po przeroście dendrytów w wyniku zranienia neuronu następuje tylko częściowa redukcja gałęzi dendrytowych (Jones i Schallert 1992, Kozłowski et al. 1996, Brown i Murphy 2008).

    Co ciekawe, szczególnie w autyzmie Zikopoulos i Barbas (2010) odkryli większą gęstość małych aksonów i znacznie większy odsetek aksonów z rozgałęzieniami w porównaniu do grupy kontrolnej, oraz że większość miejsc rozgałęzienia nie było zmielinizowanych lub powstało po rozrzedzeniu mieliny. U pacjentów cierpiących na chorobę Minamata, wywołanej zatruciem metylortęcią (gdzie przypuszczalnym źródłem związku rtęci była cysteina metylotręci – MeHgCys– z ryb), zregenerowane aksony były znacznie mniejszych rozmiarów a wiele z nich nie miało mieliny lub były cienko otoczone mieliną (Takeuchi et al. 1978).

     

    Podsumowanie rozdziału

    Ekspozycja na rtęć może wywołać utratę długo-zakresowych aksonów i długo-zakresową niedostateczną łączność mózgu oraz kompensacyjny przerost dendrytów i aksonów o krótkim zasięgu. Brak długo-zakresowej łączności i krótko-zakresowa nadmierna łączność wykryta jest w mózgach osób z ASD.

    Dowody przedstawione w niniejszym rozdziale sugerują uszkodzenia neuronalne. Uszkodzenia neuronów w CUN wywołują aktywacje mikroglejową. Następny rozdział omawia dowody dot. aktywacji mikrogleju i stanu zapalnego komórek nerwowych w mózgu.

     

    AKTYWACJA MIKROGLEJU I ZAPALENIE NERWÓW

    dowód na aktywację mikrogleju, zapalenie nerwów, glejozy i odpowiedź immunologiczną w centralnym układzie nerwowym wskutek ekspozycji na rtęć

    Mózg odpowiada na uszkodzenia poprzez szybką aktywację własnego układu odpornościowego, który w dużej mierze złożony jest z komórek glejowych (Streit et al. 2004, Streit and Xue 2009). Reaktywna glejoza odnosi się specyficznie do akumulacji powiększonych komórek glejowych (mikroglejów i astrocytów), które pojawiają się natychmiast po wystąpieniu uszkodzenia centralnego układu nerwowego (Vajda 2002). Obecność glejozy sugeruje uszkodzenie mózgu i zapalenie w układzie nerwowym (Vajda 2002).

    mikrogleje to najmniejsze komórki glejowy, tworzące ok. 20% populacji komórek glejowych. Mikrogleje są makrofagami rezydującymi w centralnym układ nerwowym (CUN). Uważa się je za główną formę obrony immunologicznej w CUN i są istotne do utrzymania homeostazy. Jako główny mediator komórkowy procesów zapalnych w układzie nerwowym mikrogleje są utożsamiane z patogenezą wielu neurodegeneracyjnych chorób i zapaleń mózgu (Ginhoux et al. 2010), oraz są zaangażowane w ostrych i chronicznych zapaleniach nerwów (Streit et al. 2004, Streit and Xue 2009).

    Po aktywacji mikrogleje uwalniają tlenek azotu (NO) i nadtlenek jako cytotoksyczny mechanizm ataku (Colton and Gilbert 1993). Reaktywne postaci tlenu i azotu (ROS and RNS) pochodzące od NO i nadtlenku mogą również spowodować miejscowe uszkodzenie komórek poprzez reakcję z białkiem, tłuszczami i kwasami nukleinowymi (Valko et al. 2007). Ponadto produkcja NO i następująca po aktywacja mikroglejów wywołuje spadek poziomów komórkowego glutationu, prowadząc do oksydacyjnych uszkodzeń w mózgu (Moss and Bates 2001). Według Stichel i Muller (1998), astrocyty wykazują energiczną odpowiedź na uszkodzenia; stają się przerośnięte, proliferacyjne, ponieważ regulują w górę ekspresję kwaśnego białka gleju włóknistego (GFAP), i tworzą gęstą sieć procesów glejowych zarówno przy miejscu zranienia jak i rozprzestrzeniając się od niego. Streit i współautorzy (2004) stwierdzają, że w przypadku chronicznego zapalenia nerwów kumulacyjne chorobowy wpływ aktywacji mikroglejów i astrocytów może przyczynić się i rozszerzyć początkową neurodestrukcję, a zatem utrzymać i pogorszyć procesy chorobowe poprzez swoje działanie. Dowody sugerują, że uboczne uszkodzenie komórek nerwowych może wywołać utratę komunikacji synaptycznej w mózgu (Gehrmann et al.1995).

    Liczne opracowania wykazały, że ekspozycja na rtęć wywołuje aktywację mikroglejów, glejozę, stan zapalny nerwów i odpowiedź immunologiczną w CUN (Castoldi et al. 2003, Zhang et al. 2011). Specyficzne przykłady tych procesów obejmują: wykorzystując kultury komórek o różnej złożoności odkryto, że izolowane mikrogleje są bezpośrednio aktywowane przez niecytotoksyczny MeHgCl – Eskes i koledzy (2002). Autorzy stwierdzili, że komórki mikroglejowe reagują tuż po zetknięciu z neurotoksyną. Ponadto interakcja między aktywowanym mikroglejem a astrocytami może zwiększyć miejscowe wydzielanie IL-6, co może spowodować reaktywność astrocytów i neuroochronę. Myszo, Fujimura i współautorzy (2009) zaaplikowali 30 ppm metylortęci (MeHg) w wodzie pitnej przez 8 tygodni. Zauważyli, że ilość neuronów zmniejszyła się, zwiększyła się ilość migrujących astrocytów i mikrogleju/makrofagów i pojawiła się nekroza i apoptoza w korze mózgowej. U szczurów Monnet-Tschudi i koledzy (1996) zaobserwowali odpowiedź mikroglejową na długotrwałe podawanie subklinicznych dawek Hg. Te dwa badania sugerują, że dawka Hg nie musi być wysoka, by wywołać aktywację mikrogleju.

    Ponownie szczurom Gajkowska i koledzy (1992) podali pojedynczą dawkę (6 mg/kg masy ciała) HgCl2 i po 18 godzinach zaobserwowali akumulację gęstego depozytu rtęci w cytoplazmie komórek nerwowych i glejowych wraz ze wzrostem ilości mikrogleju w grupie doświadczalnej. Roda i współautorzy (2008) analizowali wpływ perinatalnego (GD7 -PD21) podania MeHg w wodzie pitnej (0.5 mg/kg dziennie) na móżdżek niedojrzałego (PD21) i dojrzałego (PD36) szczura. Wykryli reaktywną glejozę, tzn. znaczny wzrost gleju Bergmanna w ML i astrocytów w IGL, zidentyfikowane przez ekspresję kwaśnego białka włókienkowego. Vicente i współautorzy (2004) również wykryli u szczurów zaangażowanie gleju w neurotoksyczności indukowanej MeHg.

    Podobnie u małp Charleston i koledzy (1996) badali wpływ długotrwałego subklinicznego podawania metylortęci na wzgórze mózgu Macaca fascicularis i zaobserwowali, że mikroglej wykazał znaczny wzrost u grupy z 18-miesięcznym czasem ekspozycji. Wcześniej Charleston i współautorzy (1995) analizowali wpływ długoterminowej subklinicznej ekspozycji na metylortęć i chlorek rtęci [HgCl2, który bezpośrednio uwalnia Hg2+(szkodliwą nieorganiczną rtęć – IHg)] i zaobserwowali, że astrocyty i mikrogleje w grupach eksponowanych na MeHg zawierały więcej depozytu IHg. Stwierdzili oni, że w grupie eksponowanej na toksyny przez 18 miesięcy wszystkie neurony zawierają IHg; jednak te depozyty były znacznie mniejsze niż w astrocytach i mikroglejach. W organizmach ludzkich, Eto i koledzy (1999) zaobserwowali zmiany wytwarzane przez organiczną rtęć w mózgach pacjentów cierpiących na chorobę Minamata, którzy mieli ostry atak objawów i umarli w ciągu 2 miesięcy. Wykazali oni utratę neuronów z reaktywną proliferacją komórek glejowych. Badania histochemiczne ujawniły, że w mózgu była obecna rtęć nieorganiczna.

    Liczne badania również pokazały, że ekspozycja na rtęć skutkuje wzrostem kwaśnego białka włókienkowego (GFAP). Poziom GFAP jest podwyższony w ostrych i chronicznych stanach uszkodzenia komórek nerwowych i jest markerem aktywacji astrogleju (Ahlsen et al. 1993). Przykłady: El-Fawal i współautorzy (1996) przeanalizowali przeciwciała w surowicy (Ig) białek neurotypowych i glejotypowych, zasadowego białka mieliny (MBP) oraz kwaśnego białka włókienkowego (GFAP) jako markerów subklinicznej neurotoksyczności wywołanej metylortęcią (MeHg). Zauważyli, że MeHg powoduje zwiększenie GFAP w móżdżku w ciągu 14 dni i podwyższenie poziomu kilku ze sprawdzanych autoprzeciwciał.

    W badaniu obejmujących 5 współpracujących laboratoriów, Elsner i koledzy (1988) ocenili wpływ metylortęci in utero na noworodki i młode szczury po podawaniu ciężarnym szczurzycom toksyny od 6 do 9 dnia ciąży. Badano rezultaty behawioralne i stężenie GFAP i białka S-100 u małych szczurów i zaobserwowano zależny od dawki wpływ na zwiększenie stężenia GFAP w robaku móżdżku, zwiększoną amplitudę bodźca słuchowego i inne objawy behawioralne. Ponadto, badanie wykazało porównywalną wrażliwość na zestaw testów behawioralnych i analizy neurochemiczne. Liczne badania wykazują w mózgu ssaków aktywację mikrogleju i oznaki stanu zapalnego w układzie nerwowym, glejozę oraz odpowiedź immunologiczną w wyniku ekspozycji na rtęć.

    Dowody na takie same wnioski w autyzmie są tematem następnego części rozważań.

     

    Dowód na aktywację mikrogleju, zapalenie nerwów, glejozy i odpowiedź immunologiczną w autyzmie

    Dowody sugerują, że dzieci autystyczne cierpią na trwały proces zapalny w różnych obszarach mózgu wywołujący aktywację mikroglejową (Enstrom et al. 2005, Vargas et al. 2005, Zimmerman et al. 2005, Morgan et al. 2010). Herbert (2005) wskazał, że mózg autystyczny nie jest po prostu inaczej połączony, lecz stan zapalny jest częścią patologii w autyzmie.

    Vargas i współautorzy (2005), na przykład, przebadali tkankę mózgową i płyn rdzeniowo-mózgowy (PRM) u osób z autyzmem. Do badań morfologicznych pozyskano tkanka mózgowa z móżdżka, środkowo-przedniego zakręt i zakrętu obręczy od 11 autystycznych pacjentów w wyniku autopsji. Świeżo zmrożone tkanki siedmiu pacjentów i PRM sześciu żyjących pacjentów z autyzmem były wykorzystane do profilowania cytokin. Autorzy zauważyli u pacjentów autystycznych aktywne procesy neurozapalne w korze mózgowej, istocie białej i szczególnie w móżdżku, z wyraźną aktywacją mikrogleju i astrogleju. Autorzy stwierdzili, że PRM wykazuje się unikalnym pro-zapalnym profilem cytokin. Autorzy stwierdzili też, że wzór komórkowych i proteinowych odkryć sugeruje, że układ odpornościowy mózgu (a nie nieprawidłowości immunologiczne spoza mózgu) oraz neurozapalny proces okazują się być stałym i chronicznych mechanizmem dysfunkcji CUN.

    Morgan i koledzy (2010) przebadali grzbietowo-boczną korę u mężczyzn z autyzmem (n=13) i w grupie kontrolnej (n=9) i odkryli aktywację mikrogleju oraz zwiększoną gęstość mikrogleju w grzbietowo-bocznej korze u autystycznych mężczyzn. Zauważyli również retrakcję procesową i wycienienie oraz wydłużenie i filopodię (małe wypustki wysuwane przez migrującą komórkę w kierunku, w którym chce ona się poruszyć). Autorzy stwierdzili, że mikrogleje były znacznie aktywowane u 5 z 13 pacjentów autystycznych, z czego 2 było w wieku poniżej 6 lat, i lekko aktywowane u 4 z 13 przypadków. Autorzy stwierdzili, że z uwagi na wczesną obecność aktywacja mikrogleju może odgrywać główną rolę w patogenezie mózgu w autyzmie.

    Kilka badań pokazało, że poziomy GFAP są podwyższone u osób autystycznych. Raport z autopsji wykonany przez Bailey i współautorów (1998) wykazał, że utracie komórek Purkinjego czasami towarzyszy glejoza i wzrost GFAP. Laurence i Fatemi (2005) analizowali poziomy GFAP w korze płata czołowego, ciemieniowego i móżdżku, wykorzystując odpowiednie do wieku wzorce postmortem autystyczne i kontrolne. GFAP był znacznie podwyższony we wszystkich trzech obszarach mózgu. Autorzy stwierdzili, że zwiększony GFAP potwierdza aktywację mikrogleju i astrogleju u osób autystycznych i wskazuje na glejozę, reaktywne uszkodzenie i zakłócone procesy migracji neuronów.

    W badaniu przeprowadzonym przez Ahlsen i koledzy (1993) analizowali poziomy GFAP in PRM u dzieci autystycznych i odkryli, że GFAP było średnio 3 razy wyższe niż w grupie kontrolnej. Autorzy stwierdzili, że wyniki mogą wskazywać glejozę i niespecyficzne uszkodzenie mózgu u dzieci autystycznych. Podobnie, Rosengren i koledzy (1992) zauważyli, że poziomy GFAP w PRM u dzieci autystycznych są wyższe niż u dzieci zdrowych w tym samym wieku. Autorzy stwierdzili, że wysokie poziomy GFAP w połączeniu z normalnym stężeniem proteiny S-100 w PRM wskazuje na reaktywną astroglejozę w CUN.

    Fatemi i współautorzy (2008) badali, czy dwa markery astrocytyczne, aquaporin 4 and connexin 43, są zmienione w obszarze Brodmanna 40 (BA40, płat ciemieniowy), Brodmanna 9 (BA9, płat czołowy), i móżdżku w mózgach osób z autyzmem i grupie kontrolnej. Autorzy skonkludowali, że odkrycia wskazują na znaczne zmiany markerów astrocytycznych w mózgach u osób z autyzmem.

     

    Podsumowanie rozdziału

    Ekspozycja na rtęć może wywołać aktywację układu immunologicznego mózgu, co charakteryzuje się zwiększeniem komórek mikroglejowych i astrocytów, które są znajdowane również u osób autystycznych. Chociaż ta reakcja jest niespecyficzna i może być wywołana wieloma czynnikami, brak aktywacji mikrogleju u osób zatrutych rtęcią lub autystycznych mogłaby zmniejszyć prawdopodobieństwo takiego związku przyczynowo-skutkowego.

     

    ... C D N ...