β-hydroksibutyraatin oksidaatio edistää immunometaboliittien kertymistä aktivoituneisiin mikroglia-soluihin

Adrian Beniton, Nabil Hajjin, Kevin O’Neill’n, Hector C. Keunin, & Nelofer Syedin tutkimus on julkaistu elokuun 26. päivänä 2020: 10.3390/metabo10090346

Sairastan etenevää MS-tautia. Olen aiemmissa artikkeleissa useita kertoja viitannut ketogeeniseen ruokavalioon yhtenä MS-taudin progressiota hidastavana terapiavaihtoehtona. Lisääntyvä kliininen näyttö osoittaa, että solujen glukoosinoton troofinen häiriö vaikuttaa neurodegeneraatioon Parkinsonin ja Alzheimerin tautien lisäksi myös mm. progressiivisessa multippeliskleroosissa.

Tässä katsauksessa kummastellaan mihin ketogeenisen ruokavalion vaikutus hermosoluja suojaavana, eli neuroprotektiivisena terapiana perustuu. Lets go!

Laajennan ja yritän parhaani mukaan myös selventää Beniton, Haijin et. al. tutkimusta

Saatteeksi: Neurologi ja kirjailija: Dr. Sophie Christoph kirjoittaa ketogeenisesta ruokavaliosta MS-taudin terapiana:

Ketogeeninen ruokavalio voi muuttaa immuunivastetta ja siten vaikuttaa MS-taudin etenemiseen. Eläinkokeet vahvistavat tämän havainnon.

Lihavuus on MS-taudin oireita pahentava riskitekijä. Ketogeeninen ruokavalio voi hillitä taudin etenemistä ja siihen liittyviä tulehdustiloja laihtumisen seurauksena. Viimeaikaiset tutkimukset viittaavat ruokailutottumusten ja sairauden tai oireiden vakavuuden väliseen vahvaan korrelaatioon.

Suuressa poikkileikkaustutkimuksessa ruokavalion laatuun ja aktiiviseen elämäntapaan liittyi kohentunut vireys, alhaisempi väsymys, ahdistuksen ja masennuksen lieveneminen, kognitiivisten kykyjen paraneminen ja neurologisten särkyjen helpottuminen.

Ketogeeninen ruokavalio tarjoaa vaihtoehtoisen energialähteen hermosoluille. Koska solujen rappeutuminen on ainakin osittain seurausta solujen glukoosinoton heikkenemisestä, betahydroksibutyraatti energiasubstraattina turvaa solujen energiansaannin.

Ketogeeniset ruokavaliot imitoivat aineevaihdunnan tasolla paastotilaa. Aineenvaihdunta siirtyy pois glykolyysin tuottamasta energiantuotannosta ja kohti rasvahappojen beeta-oksidaatiota ensisijaisena energialähteenä.

Ketogeeninen ruokavalio voi olla hyödyllinen MS-potilaille, koska:

ROS:ia ja RNS:iä (reaktiivisia happi- ja typpiradikaaleja) muodostuu vähemmän
veri-aivoesteen läpi kulkeutuvat ketoaineet säätelevät antioksidanttien signalointireittejä
ketoaineet lisäävät energiantuotantoa aivokudoksessa
eläimillä ja ihmisillä tehdyt tutkimukset vahvistavat, että ketogeeniset ruokavaliot vähentävät tulehduksellisia biomarkkereita veressä ja aivo-selkäydinnesteessä
kokeellisen autoimmuunisen enkefaliitin (EAE) hiirimallissa ketogeeninen ruokavalio johti motorisen vamman korjaantumiseen, parempaan oppimiseen ja muistiin, suurempiin hippokampuksen tilavuuksiin ja periventrikulaaristen vaurioiden remyelinaatioon
tulehduksellisten sytokiinien tukahdutettuun tuotantoon
lisääntyneisiin hermosolujen korjausprosesseihin
ketogeeninen ruokavalio parantaa MS-potilaiden väsymystä, masennusta ja laskee painoa
ketogeeninen ruokavalio ehkäisee ja parantaa MS:n aiheuttamaa neurodegeneraatiota ja neuroinflammaatiota

Mitokondrioiden toimintahäiriöt näyttävät olevan keskeisiä MS-patogeneesin neurodegeneratiivisessa vaikutuksessa. Tämä johtaa ATP:n heikompaan saatavuuteen, mikä voi edistää aksonin atrofiaa ja rappeutumista.

In vitro– ja eläintutkimusten mukaan ketogeenisen ruokavalion on osoitettu parantavan mitokondrioiden toimintaa ja edistävän siten aksonien terveyttä edistämällä ATP-tuotantoa ja mitokondrioiden biogeneesiä, ohittamalla mitokondrioiden häiriintyneet prosessit, lisäämällä antioksidanttien määrää ja vähentämällä oksidatiivisia vaurioita.

Tutkimukset ovat raportoineet merkittäviä eroja suolistobakteerien pitoisuudessa, monimuotoisuudessa ja koostumuksessa MS-potilailla ja niiden vaikutuksessa immuunijärjestelmän säätelyyn. Noin 3 kuukauden ketogeenisen ruokavalion jälkeen tämä tila parani myös MS-potilailla.

Tietoa kertyy jatkuvasti. Tälläkin hetkellä on käynnissä useita tutkimuksia, joissa selvitetään ketoosin vaikutuksia aivojen rappeutumista aiheuttaviin neurodegeneratiivisiin tauteihin, kuten Parkinsonin tauti, Alzheimerin tauti ja primaaristi progressiivinen MS.

Immuunisolujen metabolinen säätely on keskeinen vaikuttaja immunologisissa tapahtumissa

Julkaisin Ruokasodassa hiljattin kaksi tätä aihetta syventävää pitkää tutkimuskatsausta (Neurodegeneraation ja aksonaalisten vaurioiden mekanismit progressiivisessa multippeliskleroosissa: 1 & 2). Ketogeenisen ruokavalion myönteisiä vaikutuksia primaaristi progressiivisessa multippeliskleroosissa on kuvattu tässä: Ketogeeninen ruokavalio ja PPMS.

Pidemmittä puheitta, mennään asiaan

Tieto leukosyyttien metabolisesta säätelystä on lisääntynyt valtavasti, mutta keskushermoston mikroglia-solujen metabolisesta säätelystä tiedetään yhä paljon vähemmän. Tässä tutkimuksessa osoitetaan, että muiden hermoston solujen tapaan, myös mikroglia-solut pystyvät hapettamaan betahydroksibutyraatista energiaa sitruunahappokierrossa.

Vaihtoehtoisten ravintoaineiden rooli hermosolujen energiasubstraattina tunnetaan huonosti. Vielä vuosituhannen alkupuolella lähtökohtainen oletus oli, että aivojen solut eivät toimi ilman glukoosia. Tämä käsitys kuitenkin kumottiin virheellisenä viimeistään 1960-luvulla. Tieto ei saavuttanut laajemmin lääketieteellistä yhteisöä ja tutkimus jäi pienen piirin kuriositeetiksi.

Ongelmana ovat pitkään olleet tutkimusmenetelmien rajoitukset. Aineenvaihdunnan määrittelyssä on pitänyt tuvautua kovien faktojen lisäksi arvauksiin ja valistuneisiin mielipiteisiin.

Uusilla kehittyneemmillä tutkimusmenetelmillä nähdään tarkemmin ja syvemmälle. Aineenvaihdunnan mekanismeja voidaan korjata siellä, missä on veikattu väärää hevosta. Tämä selittää sen, että tieto aineenvaihdunnan mekanismeista täsmentyy nopeasti.

Glukoosin uskottiin olevan välttämätöntä aivoille, vaikka glukoosin saantia rajoittavaa ketogeenista ruokavaliota on käytetty lääkeresistentin epilepsian kohtausten hillitsemiseen noin sadan vuoden ajan. Hiilihydraattien (glukoosin) rajoittamista sovellettiin menestyksellisesti diabeteksen hoitoon jo 1700 ja 1800 lukujen vaihteessa. Ketogeenisen ruokavalion hyödyt eivät ole uusi ilmiö. Ne tunnettiin vuosituhansia ennen, kuin hiilihydraattien rajoittamisen terveyshyödyt unohdettiin viime vuosisadan puolenvälin jälkeen.

Ketogeeninen ruokavalio, aivan kuten paasto, olisi käytännössä mahdotonta, jos elimistöllä ei olisi mekanismeja korvata glukoosin saantia aivosolujen energianlähteenä muilla energiasubstraateilla.

β-hydroksibutyraatin oksidaatio edistää immunometaboliittien kertymistä aktivoituneisiin mikroglia-soluihin

Tässä tutkimuksessa käytettiin stabiilien isotooppien (¹³C) jäljitysstrategioita ja metabolomiikkaa* hahmottamaan β-hydroksibutyraatin (BHB) oksidatiivista metaboliaa ihmisen (HMC3) ja hiiren (BV2) mikroglia-soluissa sekä β-hydroksibutyraatin vuorovaikutusta glukoosin kanssa lepo- ja LPS- elli lipopolysakkaridi-aktivoidussa BV2:ssa.

Lipopolysakkarideja esiintyy gramnegatiivisten bakteerien ulkokalvon pinnalla, jossa ne toimivat endotoksiineina ja aktivoivat elimistön immuunijärjestelmän.

*Metabolomiikka on uusi menetelmä, jolla tutkitaan pienimolekyylisten metaboliittien rakennetta, toimintaa ja yhteisvaikutuksia elimistön soluissa, kudoksissa, veressä ja eritteissä.

β-hydroksibutyraatti tuodaan ja hapetetaan TCA-syklissä eli sitruunahappokierrossa molemmissa solulinjoissa, minkä jälkeen sytosolinen NADH : NAD⁺ -suhde muuttuu.

Nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi (NAD⁺⁾

NAD⁺ eli nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi on kaikissa elävissä soluissa esiintyvä tärkeä koentsyymi. Rakenteeltaan se on dinukleotidi, jossa nikotiiniamidiemäksen sisältävä nukleotidi ja adeniininukleotidi ovat liittyneet toisiinsa fosfaattiryhmiensä välityksellä.

NAD⁺ ja sen pelkistynyt muoto NADH toimivat koentsyymeinä monissa tärkeissä biologisissa hapetus-pelkistysreaktioissa. NAD⁺ muistuttaa rakenteeltaan toista tärkeää koentsyymiä NADP⁺:a eli nikotiiniamidiadeniinidinukleotidifosfaattia, jossa lisäksi on adenosiiniin liittynyt fosfaattiryhmä.NAD⁺ osallistuu lähinnä katabolisiin reaktioihin, kun taas NADP⁺:lla on tärkeä rooli anabolisissa reaktioissa.

Eliöt tuottavat NAD⁺:a kahdella eri tavalla. Niin sanotussa de novo -synteesissä, jota säätelevät BNA-geenit, eliöt valmistavat aminohappo tryptofaanista kinoliinihappoa. Kinoliinihappo muutetaan nikotiinihappomononukleotidiksi, joka muutetaan nikotinaattinukleotidiadenylyylitransferaasientsyymin avulla desamino-NAD⁺:ksi. NAD+-syntaasientsyymi muuttaa desamino-NAD⁺:n NAD⁺:ksi.

Eliöt biosyntetisoivat NAD⁺:a myös sen hajoamisessa syntyvästä nikotiiniamidista. Nikotiiniamidi muutetaan nikotiiniamidaasientsyymin avulla nikotiinihapoksi. Nikotiinihaposta muodostetaan nikotiinihappomononukleotidia, joka muokataan NAD⁺:ksi kuten de novo -synteesissä.

NAD⁺ on bioreaktioissa hapetin ja NADH pelkistin. NAD⁺ kiinnittyy entsyymeihin, jotka katalysoivat dehydrausreaktioita. Tällaisia ovat esimerkiksi glykolyysin yhteydessä tapahtuva glyseraldehydi-3-fosfaatin muuttaminen 1,3-bisfosfoglyseraatiksi, alkoholien hapettaminen aldehydeiksi, jota katalysoi alkoholidehydrogenaasi sekä glutamaatin hajotus.

Muita entsyymejä, joille NAD⁺ toimii koentsyyminä, ovat muun muassa UDP-galaktoosiepimeraasi, adenosyylihomokysteinaasi, 3-dehydrokinaattisyntaasi, ornitiinisyklodeaminaasi ja urokanaasi.- Wikipedia

BV2-soluissa stimulaatio lipopolysakkaridilla sääteli glykolyyttistä virtausta, lisäsi sytosolista NADH : NAD⁺-suhdetta ja edisti glykolyyttisen dihydroksiasetonifosfaatin (DHAP) välituotetta.

β-hydroksibutyraatin lisääminen lisäsi LPS:n aiheuttamaa DHAP:n kertymistä ja edisti glukoosista johdetun laktaatin vientiä.

β-hydroksibutyraatti (BHB) lisäsi myös synergistisesti sukkinaatin ja muiden keskeisten immunometaboliittien, kuten sitruunahappokierron tuottamien a-ketoglutaraatin ja fumaraatin, LPS:n aiheuttamaa kertymistä. Lopuksi BHB sääteli avaintulehdusta edistävän (M1-polarisaatio) markkerigeenin, NOS2:n, ilmentymistä LPS:llä aktivoiduissa BV2-soluissa.

Yhteenvetona: havaitsimme β-hydroksibutyraatin mahdollisesti immunomoduloivaksi metaboliseksi substraatiksi, joka säätelee metabolista uudelleenohjelmointia tulehdusta edistävän vasteen aikana.

Betahydroksibutyraatti, β-hydroksibutyraatti eli betahydroksivoihappo tai BHB

Rakkaalla lapsella on monta nimeä. β-hydroksibutyraatti eli β-hydroksivoihappo on energia–aineenvaihdunnassa syntyvä ketoniyhdiste eli ns. ketoaine. Muita elimistön ketoaineita ovat asetoni ja asetoasetaatti.

Ketoaineita muodostuu elimistön energiatilan mukaisesti joko vapaista eli esteröitymättömistä rasvahapoista (free fatty acids eli FFA/non-esterified fatty acids eli NEFA) tai haihtuvista rasva-hapoista (volatile fatty acids eli VFA).

Ketoaineet erittyvät vapaasti munuaisissa virtsaan, joten virtsasta voidaan havaita ketoaineita melko pian ketoottisen tilanteen alkamisen jälkeen. On kuitenkin hyvä muistaa, että virtsaliuskojen ketoainemääritys havaitsee vain asetoasetaatin (ja vähemmässä määrin asetonin), muttei β-hydroksibutyraattia. β-hydroksibutyraatti on se ketoaine, jota syntyy eniten ketoosissa.

Ihmisillä β-hydroksibutyraatti voidaan syntetisoida maksassa rasvahappojen (esim. Butyraatti), β-hydroksi-β-metyylibutyraatin ja ketogeenisten aminohappojen aineenvaihdunnan reaktioiden avulla. Aineenvaihdunta muuttaa nämä yhdisteet asetoasetaatiksi, joka on ensimmäinen ketoaine, joka tuotetaan paastotilassa.

β-hydroksibutyraatin biosynteesiä asetoasetaatista katalysoi β-hydroksibutyraattidehydrogenaasientsyymi. Butyraatti voidaan myös metaboloida β-hydroksibutyraatiksi toisen metaboliareitin kautta, joka ei sisällä asetoasetaattia metabolisena välituotteena.

Tämä metabolinen reitti on seuraava β-hydroksibutyraatin pitoisuus ihmisen veriplasmassa, kuten muissakin ketoelimissä, kasvaa ketoosin kautta. Tämä kohonnut β-hydroksibutyraattitaso on luonnollisesti odotettavissa, koska p-hydroksibutyraatti muodostuu asetoasetaatista.

Aivot voivat käyttää β-hydroksibutyraattia energialähteenä, kun verensokeri on alhainen.

Diabetesta sairastavien potilaiden ketonitasot voidaan mitata virtsan tai veren kautta diabeettisen ketoasidoosin (happomyrkytys) osoittamiseksi.

Ketogeneesi tapahtuu, kun maksasolujen oksaloasetaatti ehtyy, mikä johtuu vähentyneestä hiilihydraattien saannista (ruokavalion tai paaston seurauksena).

Koska oksaloasetaatti on ratkaisevan tärkeä tekijä asetyyli-CoA:n (asetyylikoentsyymi-A on kaikkien energiaravinteiden välimuoto sitruunahaoppokierrossa) pääsemiseksi TCA-sykliin (trikarboksyylihappokeirto) eli sitruunahappokiertoon, asetyyli-CoA:n nopea tuotanto rasvahappohapetuksesta runsaan oksaloasetaatin puuttuessa ylittää TCA-syklin heikentyneen kapasiteetin ja tuloksena oleva ylimäärä asetyyli-CoA siirtyy kohti ketoaineiden tuotantoa.

β-hydroksibutyraatti pystyy läpäisemään keskushermostoa suojaavan veri-aivoesteen

Näin se pääsee ravitsemaan keskushermoston soluja. β-hydroksibutyyrihappotaso kasvaa maksassa, sydämessä, luurankolihaksissa, aivoissa ja muissa kudoksissa liikunnan, kalorien rajoittamisen, paaston ja ketogeenisten ruokavalioiden seurauksena.

Yhdisteen on havaittu toimivan histonideasetylaasin (HDAC) estäjänä. Estämällä HDAC-luokan I isoentsyymien HDAC2 ja HDAC3, β-hydroksibutyraatin on havaittu lisäävän aivoperäisen neurotroofisen tekijän (BDNF) pitoisuutta ja TrkB-signalointia hippokampuksessa.

Jyrsijätutkimuksissa on havaittu, että pitkäaikainen liikunta lisää plasman β-hydroksibutyraattipitoisuuksia, mikä indusoi BDNF-geenin promoottoreita hippokampuksessa.

Näillä havainnoilla voi olla kliininen merkitys masennuksen, ahdistuneisuuden ja kognitiivisten vajaatoimintojen hoidossa. Ketogeenistä ruokavaliota käyttävillä epilepsiapotilailla veren β-hydroksibutyraattitasot korreloivat parhaiten kohtausten hallinnan asteen kanssa. Optimaalisen antikonvulsanttivaikutuksen kynnys näyttää olevan noin 4 mmol / l.

Tutkimus

Mikroglia-solut ovat keskushermoston (CNS) immuunisoluja. Arviolta 10% kaikista keskushermoston soluista on mikroglia-soluja.

Nämä solut ovat viime aikoina herättäneet runsaasti kiinnostusta, koska niillä on kriittinen rooli yleisimmissä aivosairauksissa, kuten dementia, aivohalvaus ja aivokasvaimet. Aivosairaudessa tai immuunialtistuksessa levossa oleva mikroglia hyväksyy ohjelmalliset muutokset, jotka liittyvät sytokiinien ja kemokiinien vapautumiseen.

Sytokiinit ja kemokiinit

Sytokiini on proteiinirakenteinen solujen välisen viestinnän välittäjäaine, joka on löydetty immunologisen tutkimustyön yhteydessä. Sytokiinin ja kasvutekijän, joka on toinen paikallisesti vaikuttava kudoshormonityyppi, välinen ero on lähinnä löytöhistoriasta, eikä toimintatavasta tai muista ominaisuuksista johtuva. Valkosolut tuottavat suurimman osan sytokiineista. Immuunijärjestelmän ohjaus on niiden keskeisin tehtävä.

Immuunijärjestelmää ohjailevat sytokiinit voidaan jakaa toimintansa pääasiallisen luonteen perusteella viiteen pääryhmään: tuumorinekroositekijät, interferonit, interleukiinit, hematopoieettiset kasvutekijät ja muut kasvutekijät. Sytokiineja voidaan luokitella myös tuottajasolujensa mukaan. Esimerkiksi lymfosyyttien tuottamia sytokiineja kutsutaan lymfokiineiksi ja monosyyttien monokiineiksi.

Tuumorinekroositekijät (TNF) ovat ehkä keskeisimpiä ensisijaisia aktivoivia välittäjäaineita immunovasteen käynnistyksessä. Tuumorinekroositekijän nimi juontuu sen löytöhistoriasta, kun joidenkin syöpäpotilaiden kasvainten havaittiin surkastuvan bakteeritulehduksen yhteydessä. Myöhemmin saatiin selville, että kasvainten tuhoutumiseen vaikuttaa keskeisesti eräiden valkosolujen, makrofagien ja T-lymfosyyttien, tuottama proteiini, joka ristittiin tuumorinekroositekijäksi.

Hematopoieettiset kasvutekijät ohjailevat ja stimuloivat immunojärjestelmän solujen erilaistumista ja tuotantoa luuytimessä ja muissa verisoluja muodostavissa kudoksissa. Immunojärjestelmän kannalta ehkä keskeisin hematopoieettinen kasvutekijä on granulosyytti-makrofagi-solulinjaa stimuloiva tekijä. – Wikipedia

Kemokiinit saavat aikaan kemotaksista eli solun liikkumista joko suurempaa kemokiinipitoisuutta kohti tai siitä poispäin. Kemokiinit ovat yli 40 tunnetun molekyylin joukko rakenteeltaan samankaltaisia, pienikokoisia polypeptidejä (8-14 kDa), jotka sitoutuessaan kemokiinireseptoreihin aktivoivat ne. Kemokiinit ja niiden reseptorit luokitellaan C, CC, CXC ja CXXXC perheisiin sen mukaan, miten kemokiinin N-terminaalinen kysteiini paikantuu.

Kemokiinireseptorit ovat luonteeltaan G-proteiineja, joiden aktivoituminen käynnistää sarjan biokemiallisia reaktioita, kuten fosfatidyyli-inositolitrifostaatin hydrolysoitumisen, proteiinikinaasi C:n aktivoitumisen, kalsium-ionien sisänvirtauksen, sekä rac- ja Rho-proteiinien aktivaation. Rac ja Rho osallistuvat solun migraatioon säädellen aktiiniverkoston rakentumista lamellipodeissa ja filopodeissa.

Kemokiinien on osoitettu säätelevän erilaisia immuunijärjestelmän vasteita siten, että T-solujen alalajit ilmentävät eri kemokiinireseptoreita. Tämä puolestaan vaikuttaa siihen, mihin kudoksiin kyseiset T-solut voivat vaeltaa.

Monosyyteissä ja lepäävissä T-soluissa esiintyvät kemokiinireseptorit CCR5 and CXCR4 osallistuvat tulehdusreaktioihin, ja samat reseptorit avustavat HIV-virusten tarttumisessa T-soluihin. – Solunetti

Nämä polarisoidut solut on perinteisesti luokiteltu joko tulehdusta edistäviksi (M1-tyyppi) tai anti-inflammatorisiksi (M2-tyyppi) muutaman molekyylimarkkerin ilmentymisen mukaan. Molekyylit, kuten lipopolysakkaridi (LPS) ja interferoni-y (IFN-y), ovat voimakkaita M1-polarisaation promoottoreita, kun taas IL-4 indusoi M2-polarisaatiota.

Todisteiden lisääntyminen on kuitenkin osoittanut M1 / M2-kehyksen rajoitukset. Mikroglian polarisaatio on edelleen intensiivisen tieteellisen tutkimuksen aiheena. Lisääntyvä tutkimusnäyttö antaa ratkaisevan merkityksen solujen aineenvaihdunnalle mikrogliumin toiminnan ja polarisaation säätelyssä.

Solunulkoinen metabolinen ympäristö ja metabolisten reaktioiden ohjaamat muutokset solunsisäisessä aineenvaihduntaympäristössä, moduloivat vasteen immunologisiin signaaleihin.

Perifeerisissä immuunisoluissa mekanismit, joilla tulehdus vaikuttaa energia-aineenvaihduntaan, tunnetaan jo hyvin. Mikroglia-alueen viimeaikaiset havainnot osoittavat, että tämä immuunisolutyyppi sitoutuu erilaisiin metaboliareitteihin stimulaatiomallista riippuen.

Paljon vähemmän tiedetään kuitenkin siitä, kuinka energia-aineenvaihdunta ja metabolinen mikroympäristö vaikuttavat immuunivasteisiin. Immunometabolian havainnot ovat osoittaneet, että perifeeriset immuunisolut voivat sopeutua vaihteleviin ympäristöhaasteisiin metaboloimalla muita vaihtoehtoisia ravintoaineita kuin glukoosia (asetaattia, aminohappoja ja rasvahappoja).

Mikrogliassa tämä ns. metabolisen joustavuuden ilmiö ja vaihtoehtoisten substraattien energia-aineenvaihdunta ymmärretään edelleen puutteellisesti. Vasta äskettäin raportoitiin, että mikroglia voi glukoosin puuttuessa siirtyä käyttämään glutamiinia vaihtoehtoisena polttoaineena mikrogliafunktion ylläpitämiseksi.

Metabolisen joustavuuden merkitys lisääntyy samalla, kun metabolisen mikroympäristön merkityksestä immuunitoiminnan säätelylle saadaan lisää todisteita

Äskettäin on keksitty termi immunometaboliitit tai sytokiinien kaltaiset metaboliitit kuvaamaan metaboliitteja sukkinaattia, itakononaattia, laktaattia, fumaraattia ja a-ketoglutaraattia. Nämä ovat metaboliitteja, joilla on tärkeä vaikutus leukosyyttien aktivaatiossa ja erilaistumisessa, ja jotka ovat riippumattomia niiden tavanomaisesta roolista biosynteesissä ja bioenergeettisissä aineissa.

Ruokavalio-interventiot ovat osoittaneet terapeuttista potentiaalia aineenvaihduntaympäristön ja immuunijärjestelmän säätelijöinä. Tällaisista ruokavalioista ketogeeniset ruokavaliot ovat olleet suosittuja erityisesti aivosairauksien, kuten epilepsian ja gliooman (aivokasvain) hoidossa.

Huomio: Multippeliskleroosi aiheuttaa todellista tuhoa keskushermoston valkeassa ja harmaassa aineessa.Arpeumat ja kuolleiden neuroneiden muodostamat ”mustat aukot” ovat yhtä todellisia kuin amputoitu sormi tai varvas, joka ei ihmeenomaisesti jotain eliksiiriä nauttimalla kasva takaisin.

Ruokavalio-interventio terapiana hidastaa ja ehkäisee uusien hermostovaurioiden syntyä. Olemassaolevat vauriot voivat ehkä jossain määrin korjautua vuosien tai vuosikymmenten aikana neurogeneesin, remyelinaation ja neuroplastisuuden avulla, mutta sellaisesta ei ole tieteellistä näyttöä.

Yhtä kaikki, ketogeeninen ruokavalio hidastaa ja ehkäisee uusien leesioiden syntyä. Sen parempaan nykylääketiede ei oikein MS-taudin kohdalla pysty. Tämä on masentavaa, mutta samalla rohkaisevaa. Se on se, mitä me multippelisklerootikot voimme itsellemme antaa. Kukaan ei osaa korjata jo syntyneitä valkean ja harmaan aineen vaurioita, mutta me voimme ehkäistä uusien vaurioiden syntymistä ja hidastaa invalidisoivaa prosessia.

Tähän ruokavalioon liittyvien monien terveysvaikutusten joukossa ketoaine β-hydroksibutyraatin (BHB) endogeenisen tuotannon lisääntyminen on yksi biologisesti merkittävimmistä vaikutuksista.

Todiste tämän metaboliitin merkityksellisyydestä on se, että β-hydroksibutyraatti yksinään annettuna tuottaa ketogeenisen ruokavalion hyödylliset vaikutukset äärimmäisissä olosuhteissa.

Tämä on ajankohtainen aihe. NASA rahoittaa β-hydroksibutyraatin ja ketoosin vaikutuksia selvittäviä tutkimuksia, koska tulevaisuuden Mars-lentojen astronauttien aineenvaihdunta ja kognitiiviset kyvyt äärioloissa halutaan maksimoida. USAn puolustusministeriö rahoittaa ketoaineiden ja ketoosin tutkimusta, koska ketoosin uskotaan parantavan taistelusukeltajien toimintakykyä äärioloissa.

Ketoosin neuroprotektiiviset ja kognitiota tehostavat vaikutukset todentuvat erityisen hyvin äärioloissa. Karppaus ei vittuilusta huolimatta ole enää pienen pöpiseurakunnan ruokauskonto, vaan faktisesti ihmisen aineenvaihduntaa ja immuunijärjestelmää tehostava ruokavalio.

β-hydroksibutyraatti on nelihiilinen molekyyli, joka syntyy maksan rasvahappojen hapettuessa, kun elimistö ei saa glukoosia. Se voi toimia signalointimolekyylinä sitoutumalla suoraan G-proteiiniin kytkettyyn reseptoriin GPR109A tai histonideasetylaasin (HDAC) estäjänä sekä epäsuorasti oksidatiivisen aineenvaihdunnan kautta, minkä jälkeen muodostuu asetyyli-CoA ja NADH, eli asetyylikoentsyymi-A ja nikotiiniamidiadeniinidinukleotidin pelkistynyt muoto.

Vaikka β-hydroksibutyraatin suoria signalointivaikutuksia aivoissa ja mikroglia-alueella on tutkittu laajasti eri järjestelmissä, sen metaboliaa mikrogliassa ei ole aiemmin kartoitettu.

Kun otetaan huomioon metabolisen signaloinnin ja uudelleenohjelmoinnin keskeinen rooli immuniteetissa, β-hydroksibutyraatin metabolisten vaikutusten ymmärtäminen mikrogliassa nousee perustavanlaatuiseksi kysymykseksi.

Tässä käytimme stabiilin isotoopin (¹³C) jäljitystä ja metabolomiikkaa β-hydroksibutyraatin oksidatiivisen aineenvaihdunnan ja glukoosimetabolian välisen vuorovaikutuksen lepo- ja LPS- eli lipopolysakkaridi-aktivoidun mikroglian vertailuun.

Arvioimme myös β-hydroksibutyraatin vaikutusta lipopolysakkaridiin kohdistuvaan tulehdusvasteeseen analysoimalla polarisaatiotuottajien ilmentymässä tapahtuvia muutoksia.

Lipopolysakkaridi (LPS)on suurikokoinen molekyyli, joka koostuu lipidistä ja polysakkaridista. Molekyylin rakenteessa on kolme kovalenttisin sidoksin yhdistynyttä osaa: O-polysakkaridi eli O-antigeeni, ydinoligosakkaridi ja lipidi A. Lipopolysakkarideja esiintyy gramnegatiivisten bakteerien ulkokalvon pinnalla, jossa ne toimivat endotoksiineina ja aktivoivat elimistön immuunijärjestelmän.

Tulokset

Mikroglia-solut hapettavat β-hydroksibutyraattia TCA-syklissä

Sitruunahappokierto eli Krebsin sykli eli trikarboksyylihappokierto (TCA-kierto) on solujen mitokondrioissa tapahtuva monivaiheinen kemiallinen prosessi, jossa ravintoaineista peräisin olevat hiiliatomit hapettuvat hiilidioksidiksi ja samojen molekyylien sisältämät vedyt siirtyvät elektroninsiirtäjäkoentsyymeille. Prosessissa vapautuu energiaa, ja se on solujen pääasiallinen energianlähde.

Ennen kuin ravintoaineet kuten hiilihydraatit ja rasvat voivat tulla mukaan sitruunahappokiertoon, solussa tapahtuvien muiden prosessien on muutettava ne sopivaan muotoon, etenkin asetyyliryhmäksi, joka sitoutuu koentsyymi-A:n kanssa aktiiviseksi etikkahapoksi eli asetyylikoentsyymi-A:ksi. Lisäksi kierron eri vaiheissa sitoutuu vesimolekyylejä, ja siinä vapautuu hiilidioksidia sekä vetyioneja ja elektroneja. Nämä vapautuneet vetyionit ja ylimääräiset elektronit siirtyvät hapetus-pelkistysreaktioissa elektroninsiirtäjäkoentsyymeille, joita ovat NAD⁺:a ja FAD. Koentsyymeiltä vedyt siirtyvät edelleen elektroninsiirtoketjuun, jonka päätteeksi ne yhtyvät hengitysilmasta tulleen hapen kanssa vesimolekyyleiksi.

Syklisessä reaktiossa sitoutuu myös yksi fosforihappomolekyyli, jolloin muodostuu yksi korkeaenergiainen ATP-molekyyli GTP-välivaiheen kautta, ja neljä pelkistynyttä elektroninsiirtäjäkoentsyymiä (kolme NADH:ta ja yksi FADH₂) kutakin pilkkoutunutta ja hapettunutta asetyylikoentsyymi-A:ta kohti. Sitruunahappokierto tapahtuu pääosin mitokondrion matriksissa, kun taas elektroninsiirtoketju tapahtuu mitokondrion sisäkalvolla.

Yksi sitruunahappokierron entsyymi, sukkinaattidehydrogenaasi, on mitokondrion sisäkalvon entsyymi. Se voi syöttää saamansa elektronit suoraan mitokondrion sisäkalvolla tapahtuvaan elektroninsiirtoketjuun.

β-hydroksibutyraatin metabolian tutkimuksessa mikroglia-solulinjat BV2 (hiiri) ja HMC3 (ihminen) valittiin mikroglia-solumalleiksi.

β-hydroksibutyraatin pitoisuus nousee olosuhteissa, joille on tunnusomaista rajoitettu glukoosin saatavuus. Vaikka β-hydroksibutyraatin hapettumisen on jo kauan tiedetty tapahtuvan hermosoluissa, astrosyyteissä ja oligodendrosyyteissä, todisteita β-hydroksibutyraatin hapettumisesta mikroglia-soluissa ei vielä ole.

Pyrimme ensin vahvistamaan, voiko mikroglia hapettaa β-hydroksibutyraattia, sekä ymmärtämään, miten glukoosin saatavuus muuttaa β-hydroksibutyraatin aineenvaihduntaa.

Näiden hypoteesien testaamiseksi teimme stabiilin isotooppien jäljityskokeen käyttäen ¹³C-leimattua β-hydroksibutyraattia. ¹³C-leimattujen substraattien käyttö mahdollistaa hiilen kulkeutumisen jäljittämisen eri aineenvaihduntareittien kautta ja liittymisen alavirran metaboliitteihin.

β-hydroksibutyraatti hapetetaan kolmivaiheisen ketoaineiden hapetusreitin kautta, minkä jälkeen tuotetaan NADH:ta ja asetyyli-CoA:ta, jotka voidaan siirtää sitruunahappokiertoon. (Kuva 1)

BV2- ja HMC3-viljelmiä täydennettiin tasaisesti 5 mmol/l ¹³C-leimatulla BHB:lla (¹³C₄-BHB) viljelyolosuhteissa, jotka eivät sisältäneet lisättyä glukoosia, 1 tai 5 mmol/l leimaamatonta glukoosia (¹²C₆-glukoosi).

Rinnakkaisanalyysi ¹³C-leimatulla glukoosilla (¹³C₆-glukoosi) vahvisti glykolyyttisen virtauksen merkittävän vähenemisen glukoosia rajoittavassa ympäristössä (kuvio S1A, B). Tuloksemme osoittivat, että sekä BV2 että HMC3 voivat tuoda ja hapettaa β-hydroksibutyraattia, kuten TCA-syklin m ₊₂ ¹³C-rikastus osoittaa. Välituotteina sitraatti, a-ketoglutaraatti, glutamaatti, sukkinaatti, fumaraatti ja malaatti (kuva 1B).

Tuloksemme osoittivat myös, että glukoosin saatavuus muuttaa β-hydroksibutyraatin vaikutusta eri tavalla kussakin solulinjassa. BV2-soluissa β-hydroksibutyraatin hapettuminen lisääntyi vähitellen glukoosipitoisuuden laskiessa, mikä ilmeni m₊₂¹³C-rikastumisen kasvuna kaikissa sitruunahappokierron välituotteissa (kuvio 1B, vasemmalla).

HMC3-soluilla ei ollut samaa vastemallia, ja β-hydroksibutyraatin hapettuminen pysyi vakiona riippumatta glukoosipitoisuudesta, mistä osoittaa tasainen m ₊₂ ¹³C-rikastumisen osuus TCA-syklin välituotteissa (kuvio 1B, oikea).

Mielenkiintoista on, että sekä BV2- että HMC3-soluissa havaittavissa oleva osa ¹³C₄-BHB-johdetuista hiilistä transformoitiin laktaatiksi (kuvio S2A, B) ja pyruvaatiksi (kuvio S2C, D).

Havaitsimme erityisesti solunsisäisen m₊₂ ¹³C₂-laktaatin lisääntymisen glukoosista riippuvaisella tavalla, mikä viittaa vaihtoehtoiseen β-hydroksibutyraatin metaboliareittiin, joka paranee glukoosia rajoittavissa olosuhteissa.

On raportoitu, että mikroglia-soluilla on joustava aineenvaihdunta ja glukoosipuutteessa ne voivat nopeasti siirtyä käyttämään glutamiinia mitokondrioiden aineenvaihdunnan ja valvontatoimintojen ylläpitämiseen. Siksi testataksemme mahdollisuutta, että β-hydroksibutyraatti voisi aiheuttaa mikroglia-proliferaation (lisääntymisen) hyvin matalan glukoosin olosuhteissa, viljelimme BV2- ja HMC3-soluja 0,1 mmol/l glukoosissa, johon oli lisätty 5 tai 10 mmol/l leimaamatonta β-hydroksibutyraattia.

Tuloksemme osoittavat, että β-hydroksibutyraatti ei aiheuttanut mikroglian lisääntymistä missään solulinjassa (kuva S2E, F). Koska sekä glukoosi että β-hydroksibutyraatinn metaboliareitit ovat mukana NADH:n tuotannossa, olimme kiinnostuneita siitä, voisiko β-hydroksibutyraatti muuttaa bioenergeettistä aineenvaihduntaa ja redox-tilaa indusoimalla muutoksia NADH : NAD⁺ -suhteessa.

Tämän suhteen on äskettäin raportoitu hallitsevan synnynnäisiä tulehdusvasteita transkriptionaalisen repressorin CtBP:n kautta. Sytosolinen NADH : NAD⁺ -suhde voidaan arvioida epäsuorasti mittaamalla laktaatin ja pyruvaatin solunsisäisten tasojen suhde (kuvio 1C) . Kuten odotettiin, 5 mmol/l glukoosissa viljellyillä soluilla oli suurempi NADH : NAD⁺ -suhde kuin 1 mmol/ glukoosissa viljellyillä soluilla (kuvio 1D, E).

BV2-soluissa β-hydroksibutyraatin lisääminen lisäsi NADH : NAD⁺-suhdetta, kun soluja viljeltiin 5 mmol/l glukoosissa, mutta ei 1 mmol/l glukoosissa (kuvio 1D). HMC3-soluissa β-hydroksibutyraatin lisäys nosti suhdetta sekä 1 että 5 mmol/l glukoosiolosuhteissa (kuvio 1E).

Tutkimme myös β-hydroksibutyraatin isäyksen vaikutusta metaboliittitasoihin useilla metaboliareiteillä soluissa, joita viljeltiin 1 ja 5 mmol/l glukoosissa. BV2-solujen aineenvaihdunta reagoi paremmin β-hydroksibutyraattiin kuin HMC3. 1 mmol/l glukoosissa BV2-solut, joihin oli lisätty β-hydroksibutyraattia, osoittivat laktaatin, glysiinin ja glutamaatin kertymistä, kun taas 5 mmol/l glukoosissa havaittiin laktaatin kertymistä ja glutamaatin konsentraation pienenemistä (kuvio S3A).

HMC3-soluissa β-hydroksibutyraatti edisti glutamaatin kerääntymistä matalassa glukoosissa viljellyissä soluissa (kuvio S3B). Nämä tiedot yhdessä vahvistavat, että β-hydroksibutyraatti hapetetaan sitruunahappokierrossa (TCA-syklissä) mikroglia-soluissa ja edistää NADH:n tuotantoa ja sytosolisen NADH : NAD⁺ -suhteen säätelyä.

β-hydroksibutyraatin (BHB) hapettuminen hiiren (BV2) ja ihmisen (HMC3) soluissa.

(A) Kaavamainen esitys 13C4-BHB: stä johdetusta 13C-rikastuksesta.
(B) TCA-syklin välituotteiden (Cit, sitraatti; αKG, α-ketoglutaraatti; Glu, glutamaatti; Suc, sukkinaatti; Fum, fumaraatti; Mal, malaatti) m + 2 13C-rikastus BV2- ja HMC3-soluissa viljelyolosuhteissa joko ilman lisättiin glukoosia tai 1 tai 5 mM 12C6-glukoosia ja 5 mM 13C4-BHB 24 tunnin ajan. Pylväät edustavat n = 3 biologisen replikaation keskiarvoa ± SD. Tiedot analysoitiin yksisuuntaisella ANOVA: lla metaboliittia kohti, mitä seurasi Tukey-testi.
(C) Kaavioesitys sytosolisesta NADH : NAD⁺ -suhteesta tasapainossa laktaatti: pyruvaatti-suhteen kanssa.
(D, E) Sytosolinen NADH : NAD⁺ -suhde arvioitu käyttämällä laktaatin ja pyruvaatin solunsisäisiä tasoja BV2: ssa (D) ja HMC3: ssa (E). Pylväät edustavat n = 2-3 (-BHB) ja n = 5-6 (+ BHB) biologisten kopioiden keskiarvoa ± SD. Tiedot analysoitiin kaksisuuntaisella ANOVA:lla, jota seurasi Sidakin testi (-BHB vs. + BHB glukoosiluokassa). Tilastollista merkitsevyyttä merkitään * p <0,05, ** p <0,01 ja **** p <0,0001.

β-Hydroxybutyraatti muuttaa LPS:n aiheuttaman glykolyyttisen vasteen

β-hydroksibutyraatin roolia mikrogliassa ja neuroinflammatiossa on aiemmin tutkittu erilaisissa sairausmalleissa. β-hydroksibutyraatin metabolisia vaikutuksia mikroglia-aktivaatioon ja taustalla olevaan metaboliseen uudelleenohjelmointiin ei kuitenkaan tunneta.

Tutkimusten mukaan yhä useampi todiste osoittaa, että metabolinen häiriö voi muuttaa mikroglia-vastetta immuunisignaaleihin. Siksi haluamme ymmärtää β-hydroksibutyraatin vaikutusta LPS-aktivoituun mikrogliaan liittyvään metaboliseen uudelleenohjelmointiin.

Koska BV2-solut reagoivat metabolisesti paremmin β-hydroksibutyraatin lisäykseen ja aiemmat tutkimukset olivat optimoineet LPS-stimulaation ja luonnehtineet osittain tämän solulinjan metabolista vastetta, BV2 valittiin malliksi tutkittaessa β-hydroksibutyraatin vaikutuksia LPS:n aiheuttamaan metaboliseen uudelleenohjelmointiin.

BV2-soluja viljeltiin 5 mmol/l ¹³C₆-glukoosin läsnä ollessa ja käsiteltiin joko 5 mmol/l ¹²C₄–β-hydroksibutyraatilla, 100 ng / ml LPS:llä tai molemmilla 6 tuntia.Onnistuneen aktivaation vahvisti tulehdusmerkinnän NOS2 uudelleen säätely (kuvio S4A). Glykolyyttisen aineenvaihdunnan muutosten tutkimiseksi mitasimme ¹³C-rikastumisen ja keskeisten glykolyyttisten välituotteiden suhteellisen runsauden (kuvio 2A). Vaikka LPS-hoito ei muuttanut glukoosin ottonopeutta, havaitsimme korkeamman glukoosinottotrendin soluissa, joita hoidettiin yksin β-hydroksibutyraatilla tai yhdessä LPS:n kanssa, mikä ei saavuttanut tilastollista merkitsevyyttä (kuvio 2B).

LPS:n, mutta ei β-hydroksibutyraatin lisääminen lisäsi glykolyyttistä virtausta solunsisäisen m₊₃ ¹³C-pyruvaatin (kuvio 2C) ja m₊₃ ¹³C-laktaatin (kuvio 2D) nousun perusteella.

Johdonmukaisesti tämä glykolyyttisen vuon kasvu, kun soluja käsiteltiin LPS:llä, liittyi sytosolisen NADH : NAD⁺ -suhteen nousuun (kuvio 2E). Pelkkä β-hydroksibutyraatin täydentäminen ei muuttanut NADH : NAD⁺ -suhdetta, mutta LPS:n ja β-hydroksibutyraatin yhdistelmä vähensi tätä verrattuna yksin LPS:ään. Mielenkiintoista on, että LPS:n ja β-hydroksibutyraatin vaikutukset ¹³C-laktaatin vientiin seurasivat eri suuntausta kuin solunsisäisen ¹³C-pyruvaatin ja ¹³C-laktaatin tuotanto. Vaikka erilliset hoidot LPS:llä tai β-hydroksibutyraatilla yksinään eivät muuttaneet ¹³C-laktaatin vientinopeutta, yhdistelmähoito lisäsi dramaattisesti ¹³C-laktaatin vientiä väliaineeseen (kuvio 2F), mikä viittaa siihen, että β-hydroksibutyraatti voisi muuttaa glukoosista otetun hiilen kohtaloa sekä laktaattimetaboliaa ja vientiä.

Tutkimme myös muutoksia joidenkin glykolyyttisten välituotteiden suhteellisessa runsaudessa (otoksen koko). Havaitsimme suuren dihydroksiasetonifosfaatin (DHAP) (kuvio 2G, H) pitoisuuden nousun LPS:llä käsitellyissä soluissa, jotka lisääntyivät enemmän, kun soluja käsiteltiin samanaikaisesti LPS:llä ja β-hydroksibutyraatilla, mikä viittaa synergistiseen metaboliseen vasteeseen molemmille aineille.

Löysimme myös seriinin, glysiinin ja metioniinin merkittäviä kertymiä, kun soluja käsiteltiin LPS:llä ja β-hydroksibutyraatilla samanaikaisesti (kuvio 2G). Nämä tulokset osoittavat yhdessä, että LPS lisää glykolyyttistä virtausta ja sytosolista NADH : NAD⁺ -suhdetta ja että BHB muuttaa LPS:n aiheuttamaa glykolyyttistä fenotyyppiä edistämällä laktaatin vientiä ja glykolyyttisten välituotteiden kertymistä.

β-hydroksibutyraatti edistää mitokondrioiden aineenvaihduntaa ja TCA-syklin välituotteiden kertymistä

Kuten aikaisemmin on esitetty kuviossa 1B, mikroglia-solut hapettavat β-hydroksibutyraattia sitruunahappokierrossa (TCA-syklissä). Viime vuosina useiden TCA-syklin välituotteiden on raportoitu osallistuvan immuniteetin signalointiin ja säätelyyn, mutta on epäselvää vaikuttaako tämä aineenvaihdunnan säätely myös mikrogliassa.

Lipopolysakkaridi-stimulaatiolla mitattiin sitruunahappokierron välituotteiden ¹³C-rikastuminen ja suhteellinen runsaus BV2-soluissa samoissa koeolosuhteissa kuin kuvassa 2. Pelkästään LPS-käsittely kasvatti ¹³C-glukoosista johdettujen hiilien virtausta mitokondrioihin. M₊₂¹³C-sitraatin lisääntymieen liittyen (kuvio 3A).

Vastaavasti kuviossa 1B esitettyjen tulosten kanssa yksin β-hydroksibutyraatin lisääminen vähensi ¹³C-rikastumista kaikissa sitruunahappokierron välituotteissa verrattuna soluihin, joita viljeltiin ilman β-hydroksibutyraattia ¹³C-leimauksen laimentamisen vuoksi.

Lipopolysakkaridin lisääminen yhdessä β-hydroksibutyraatin kanssa lisäsi merkittävästi m₊₂ ¹³C-sitraatin ja muiden TCA-syklin välituotteiden, kuten:

¹³C-a-ketoglutaraatin ¹³C-glutamaatin

¹³C-sukkinaatin

¹³C-malaatin

¹³C-fumaraatin

osuutta verrattuna B β-hydroksibutyraattiin yksin (kuva 3A).

Tutkimme myös muutoksia sitruunahappokierron välituotteiden ja aminohappojen suhteellisessa esiintymisessä. Erillinen käsittely lipopolysakkaridilla, muttei betahydroksibutyraatilla, lisäsi käsiteltyjen solujen sukkinaatin tasoa merkittävästi käsittelemättömiin soluihin verrattuna (kuvio 3B, C). Vastaava ilmiö on aiemmin raportoitu makrofageissa.

Sukkinaattitasot nousivat edelleen soluissa, joita oli käsitelty LPS:llä ja BHB:llä. Tämä viittaa synergistiseen vaikutukseen yhtäläisellä altistuksella näille kahdelle metaboliitille.

Pelkkä BHB-hoito ei muuttanut merkittävästi minkään tutkitun metaboliitin tasoja, mutta hoito LPS:lla ja BHB:lla yhdessä lisäsi myös immunometaboliittien fumaraatin (kuva 3D) ja a-ketoglutaraatin (kuva 3E) tasoja. Lisäksi havaittiin sitraatin, glutamaatin, malaatin ja pyroglutamaatin lisääntymistä, kun soluja käsiteltiin LPS:llä ja BHB:llä samanaikaisesti (kuvio 3B).

Tuloksemme osoittavat, että β-hydroksibutyraatti edistää mitokondrioiden metaboliaa ja sitruunahappokierron immunometaboliittien kertymistä LPS-aktivoiduihin soluihin.

β-hydroksibutyraatti tehostaa lipopolysakkaridin aiheuttaman tulehdusta ehkäisevän markkerin NOS2 stimulaatiota

β-hydroksibutyraatinn vaikutuksen ymmärtämiseksi mikroglian aktivaatiossa ja polarisaatiossa BV2-soluja käsiteltiin pienellä (1 ng / ml) tai suurella (100 ng / ml) LPS-annoksella, 5 mmol/l β-hydroksibutyraatilla tai molempien yhdistelmällä. ja määritettiin M1 (NOS2 ja IL-1p) ja M2 (ARG1) polarisaatiomerkkien ilmentyminen (kuvio 4A, B).

Stimulaatio joko pienellä tai korkealla LPS-konsentraatiolla yksin johti NOS2- ja IL-1β-ilmentymisen voimakkaaseen säätelyyn. Ainoastaan suurella LPS-pitoisuudella käsitellyt solut vähensivät merkittävästi ARG1:n ilmentymistä.

Pelkästään β-hydroksibutyraatin lisääminen ei vaikuttanut minkään geenin ilmentymiseen, mutta mikä tärkeintä, solut, joita oli hoidettu pienen LPS- ja BHB-annoksen yhdistelmällä, osoittivat NOS2-ilmentymisen lisääntynyttä säätelyä verrattuna pelkästään LPS: llä käsitellyihin soluihin.

Millaisia ajatuksia tämä herätti?

Tässä käyttämällä stabiilin isotoopin jäljitystä ¹³C-BHB:n kanssa olemme osoittaneet, että mikroglia-solut voivat tuoda ja hapettaa betahydroksibutyraattia sitruunahappokierrossa, jolloin sytosolinen NADH : NAD⁺-suhde kasvaa myöhemmin.

Käyttämällä ¹³C-glukoosia havaitsimme, että lipopolysakkaridi (LPS) säätelee glykolyyttistä virtausta, lisää NADH : NAD⁺ -suhdetta ja edistää DHAP: n kertymistä. β-hydroksibutyraatin lisääminen lisäsi LPS:n indusoimaa DHAP:n kertymistä ja edisti glukoosista johdetun laktaatin vientiä. β-hydroksibutyraatti lisäsi myös synergistisesti sukkinaatin ja muiden keskeisten immunometaboliittien, kuten TCA-syklin tuottamien a-ketoglutaraatin ja fumaraatin, lipopolysakkaridin aiheuttamaa kertymistä.

β-hydroksibutyraatti on tärkein ketoaine yhdessä asetoasetaatin ja asetonin kanssa. Ketoaineita syntetisoituu maksassa rasvakudoksista tai ravinnon rasvahapoista. β-hydroksibutyraatin peruskonsentraatio plasmassa terveillä koehenkilöillä on suhteellisen pieni, viitearvojen ilmoitettuina 0,04–0,08 mmol/l ja tyypillisesti <0,5 mmol/l, ja se nousee erityisolosuhteissa, kuten paaston aikana (5–6 mmol/l), ketogeenisellä ruokavaliolla (1 mmol/l) tai diabeettisessa ketoasidoosissa (> 10 mmol/l).

Glukoosi on aivoille edullinen energiasubstraatti. Toisin kuin useimmat muut kudokset, aivot eivät voi käyttää rasvahappoja energiaksi, kun verensokeritaso vaarantuu. Alhaisen saatavuuden aikoina sitä voidaan kuitenkin täydentää vaihtoehtoisten substraattien, kuten monokarboksylaattipyruvaatin, laktaatin, asetaatin ja ketoaineiden hapetuksella. Suurin osa tämänhetkisestä tiedosta vaihtoehtoisten ravintoaineiden käytöstä aivosoluissa on saatu hermosoluista ja astrosyyteistä tai kokoaivokokeissa joko in vivo tai aivokuoren viipaleina.

Tuloksemme osoittavat selvästi, että mikroglia-solut BV2 ja HMC3 voivat tuoda ja hapettaa ketoaine β-hydroksibutyraattia. Monokarboksylaattikuljettimet (MCT) kuljettavat β-hydroksibutyraattia aktiivisesti aivoihin.

β-hydroksibutyraatin hapettuminen asetyyli-CoA: ksi tapahtuu lineaarisen metabolisen reaktion sekvenssin kautta, jota katalysoivat entsyymit β-hydroksibutyraattidehydrogenaasi (BDH1 / 2), sukkinyyli-CoA: 3: oksohappo-CoA-transferaasi (SCOT) ja asetyyli-CoA-asetyylitransferaasi ( ACAT1 / 2), minkä jälkeen tuotetaan yksi NADH- ja sukkinaattimolekyyli ja kaksi asetyyli-CoA-molekyyliä. SCOT koodaa geeni OXCT1, ja sen katsotaan olevan nopeutta rajoittava vaihe ketoaineen hapetuksessa.

Tuloksemme osoittavat, että mikroglia, kuten neuronit, astrosyytit ja oligodendrosyytit, omaavat entsymaattisen aktiivisuuden ketoaineiden hapettamiselle. Useat tutkimukset ovat raportoineet ikään, lajeihin ja aivojen alueeseen liittyvistä eroista entsyymiaktiivisuudessa, joka liittyy ketoaineiden hapettumiseen. Ketoaineiden hapettumisen (ketolyysin) säätelystä tiedetään vähän.

Solutasolla ketogeneesiä ohjaa säätelyverkko, johon osallistuvat AMPK, mTOR ja PPARa.

Yhteenvetona voidaan todeta, että tutkimus antoi uusia tietoja, jotka selittävät betahydroksibutyraatin toimintaa mikroglia-solulinjoissa. Osoitamme myös, kuinka β-hydroksibutyraatti lisää tunnettujen immunomoduloivien (immuunijärjestelmää säätelevien) metaboliittien tasoa näissä malleissa. Synteettisissä gliooma-hiirimalleissa ketogeeninen ruokavalion ja sädehoidon yhdistelmä johti kasvaimen täydelliseen hävittämiseen, mikä viittaa siihen, että ketogeeninen ruokavalio ohjaa immuunijärjestelmän toimintaa.

Neurodegeneraation ja aksonaalisten vaurioiden mekanismit progressiivisessa multippeliskleroosissa 1

Sairastan ensisijaisesti etenevää multippeliskleroosia, johon ei tunneta hidastavaa, tai parantavaa lääkitystä. Primaaristi progressiivinen MS-tauti tunnetaan edelleen heikommin, kuin selvästi yleisempi aaltoilevasti etenevä relapsoiva-remittoiva MS.

Usein MS-taudista puhuttaessa unohdetaan, että relapsoiva-remittoiva MS-tauti ja primaaristi progressiivinen MS-tauti eroavat taudin etenemisen suhteen merkittävästi toisistaan. Tautimuodot ovat luonteiltaan kuin kesä ja talvi.

Yritän parhaani mukaan levittää tietoa PPMS-taudin syistä ja vaikutusmekanismeista. Etsin myös aktiivisesti tietoa keinoista, jolla taudin neurodegeneratiivista etenemistä voisi hidastaa.

En usko, että monitekijäisiin ongelmiin on yksinkertaisia tai helppoja vastauksia

Tämäkin on pitkä ja vaikeatajuinen aineenvaihduntaa ja biokemiaa sivuava kirjoitus, jonka sisäistäminen vie aikaa. Tämä on toistaiseksi täsmällisin selvitys etenevän MS-taudin patogeneesista, jonka olen lukenut. Jaan artikkelin kahteen osaan, joista tämä on ensimmäinen.

Avaan tässä Jorge Correalen, Mariano Marrodanin ja María Célica Ysrraelitin laatimaa tutkimuskatsausta: Mechanisms of Neurodegeneration and Axonal Dysfunction in Progressive Multiple Sclerosis

Progressiivinen multippeliskleroosi on monitekijäinen neurologinen sairaus, joka vaurioittaa aivojen kortikaalisten alueiden ja harmaan aineen soluja

Taudille tyypillinen oireiden asteittainen paheneminen johtuu erilaisista mekanismeista ja keskushermostoon rajoittuneista immuunireaktioista, kuten:

B-solujen dysregulaatio (eli B-solujen säätelyvirhe)
CD8⁺ T-solut, jotka aiheuttavat demyelinaation ja/tai aksonaaliset / hermosolujen vauriot
aivokuoren demyelinoivissa vaurioissa havaittu neuriittiseen transaktioon liittyvä mikrogliaalinen soluaktivaatio

Muita mahdollisia neurodegeneraation aiheuttajia ovat reaktiivisten happi- ja typpiradikaalien muodostuminen ja solujen energiantuotantoa heikentävät mitokondrioiden vauriot.

Ca2⁺:n kertyminen aksoneihin lisää solujen rappeutumista aktivoimalla eräitä katabolisia entsyymeitä, mikä johtaa sytoskeletoniproteiinien, eli solun tukirangan proteiinien progressiiviseen proteolyyttiseen hajoamiseen.

Oligodendrosyyttien aksoneille tuottaman energian väheneminen johtaa aksonien rappeutumiseen ja siten hermosolujen vaurioitumiseen ja tuhoutumiseen. Nämä mekanismit eivät poissulje toisiaan.

Neurodegeneraation ja aksonaalisten vaurioiden mekanismit progressiivisessa multippeliskleroosissa

Käsitteitä

Aksoni (viejähaarake eli hermosyy) on hermosolun (neuronin) osa, joita on vain yksi neuronia kohti, kun taas tuojahaarakkeita (dendriittejä) on useita yhdessä neuronissa.

Aksoni haarautuu loppupäästään ja muodostaa useita hermopäätteitä, jotka voivat muodostaa synapsin toisen hermosolun tai lihassolun kanssa. Aksoni voi olla joko myelinisoitunut tai myelinisoitumaton. Myelinisoituneessa aksonissa hermoimpulssi kulkee nopeammin kuin myelinisoitumattomassa,

Gliasolut (hermotukisolut) ovat hermotukikudoksen (neuroglian) muodostavia soluja. Niitä on hermokudoksessa enemmän kuin hermosoluja eli neuroneja. Aivoissa on gliasoluja ehkä noin kolme kertaa niin paljon kuin hermosoluja.

Oligodendrosyytit muodostavat keskushermoston aksoneiden myeliinitupet, eli ne ovat samankaltaisia ääreishermoston Schwannin solujen kanssa. Oligodendrosyytit voivat osallistua usean hermosyyn myelinisaatioon.

Astrosyyttien tärkein tehtävä on pitää huolta hermosolujen kemiallisesta tasapainosta. Niiden perivaskulaariset ulokkeet ovat kosketuksissa keskushermoston hiussuonien endoteelisolujen kanssa, ja niin astrosyytit osallistuvat veri-aivoesteen muodostamiseen.

Astrosyytin ulokkeista osa on siis kosketuksissa hiussuoniin, osa hermosoluihin, ja näin ne huolehtivat hermosolujen ravinto- ja kuona-aineiden siirtämisestä.

Astrosyyttejä on muodoltaan kahdenlaisia: säikeisiä (etenkin valkeassa aineessa) ja protoplasmisia (etenkin harmaassa aineessa). Jotkin astrosyyteistä saattavat olla hermokudoksen kantasoluja.

Mikrogliasolut poistavat hermokudoksesta solujätettä eli toimivat kuin makrofagit; jotkut neurobiologit katsovat niiden olevan makrofagien alatyyppi.

Mikrogliasolut myös erittävät viestiaineita, etenkin sytokiineja, jotka liittyvät paikalliseen tulehdusreaktioon.

Leesioilla tarkoitetaan vammaa, vauriota, vioittumaa, häiriötä tms; elimen rakenteen tai toiminnan sairaalloista muutosta

Aivot ja selkäydin

Tässä katsauksessa sukelletaan syvälle aivoihin ja aivojen kemiallisiin tapahtumiin.

Multippeliskleroosi on aivoihin ja selkäytimeen vaikuttava neurologinen sairaus, jonka oireita on helpompi ymmärtää dissektoimalla aivot erilaisiin toiminnallisiin segmentteihin.

Keskushermostoon kuuluvat isot aivot, pikkuaivot, aivorunko ja selkäydin. Keskushermosto saa informaatiota ääreis- eli perifeerisestä hermostosta. Aivojen signaalit lihaksille ja umpieritysrauhasille välittyvät myös ääreishermoja pitkin.

Tietoisuus ja tahdosta riippuvainen toiminta on keskittynyt isoihin aivoihin. Pikkuaivot orkestroivat tahdosta riippumattomia toimintoja tai toteuttavat isojen aivojen käskyjä. Pikkuaivoilla on tärkeä rooli motorisen muistin hallinnassa ja opittujen liikeratojen suorittamisessa. Pikkuaivot liittyvät aivorungon takaosaan pikkuaivovarsien (pedunculus cerebelli) välityksellä.

Aivorunko sisältää motorisia ja sensorisia hermoratoja sekä yhteyksiä aivojen eri osien välillä. Aivorungossa on myös paljon hermosolurykelmiä, eli tumakkeita, jotka säätelevät tiedostamattomia elintoimintoja, kuten hengitystä.

Ylhäältä katsoen aivorunko muodostuu väliaivoista (diencephalon), keskiaivoista (mesencephalon), aivosillasta (pons) ja ydinjatkoksesta (medulla oblongata). Väliaivoissa on hormonitoimintaa säätelevä hypotalamus sekä talamus, jonka solujen kautta aistien lähettämät signaalit hajua paitsi, välittyvät aivokuorelle.

Selkäydin sisältää ensisijaisesti lihasten ohjaamiseen ja tuntoaistimusten välittämiseen liittyviä hermoratoja. Toisaalta selkäytimen neuronit hallitsevat eräitä automaattisia reflektireaktioita ja ohjaavat eräitä automaattisia toimintoja, kuten kävelyn säätelyä.

Aivot kelluvat aivo-selkäydinnesteessä (cerebrospinal fluid / CSF), joka suojaa aivojen herkkiä rakenteita fyysisenä ja kemiallisena puskurina. CSF suojaa aivoja mm. iskuilta.

Kaksi aivopuoliskoa (hemispheres) käsittävät isot aivot koostuvat aivokuoresta (cortex), valkeasta aineesta harmaan sisäpuolella sekä tyvitumakkeista (basal ganglia). Basaaligangliat ovat hermosolujen kasaumia, joilla on yhteyksiä liikettä ohjaaviin aivokuoren alueisiin sekä pikkuaivoihin.

Valkea aine koostuu lähinnä aivoon tulevista ja aivoista lähtevistä sekä aivokuoren eri osien välisistä aksonikimpuista (viejähaarakekimpuista), joiden myeliinitupit antavat valkealle aineelle värin.

Aivokuori jaetaan neljään lohkoon kummallakin aivopuoliskolla. Etummaisena on otsalohko (lobus frontalis). Sen takana on päälaenlohko (lobus parietalis). Näiden väliin jäävä uurre on keskusvako (sulcus centralis). Sivuvaon (sulcus Sylvii) alapuolella on ohimolohko (lobus temporalis). Takaraivolohko (lobus occipitalis) on aivojen takaosassa.

Aivokuori näyttää pinnallisesti tarkasteltuna melko samanlaiselta kaikkialta, mutta solutyyppien jakauman, aivokuoren kerrosrakenteen, metabolian, yhteyksien sekä toiminnallisten erojen vuoksi kukin lohko on jaettu lukuisiin aivoalueisiin. Ensimmäinen systemaattinen jako oli histologinen: saksalainen Brodmann numeroi aivoalueet siinä järjestyksessä kun hän uusia kudosrakenteita löysi.

Aivokuoren sytoarkkitehtoniset alueet Brodmannin mukaan. Tärkeimmät alueet ovat motorinen aivokuori (alue 4), tuntoaivokuori (1,2 ja 3), näköaivokuori (17,18 ja 19) sekä kuuloaivokuori (41 ja 42). Muut alueet muodostavat ihmisen aivoissa erityisen laajoiksi kehittyneet assosiatiiviset osat.

Aivokuoren eri alueet ja aivoalueiden osat ovat kytkeytyneet toisiinsa assosiaatiosyiksi kutsuttujen valkean aineen aksonikimppujen välityksellä. Aivopuoliskojen välisiä yhteyksiä kutsutaan kommissuraalisyiksi. Kommissuraalisyiden pari miljoonaa aksonia muodostaa aivokurkiaisen (corpus callosum), joka on suurin aivopuoliskojen välinen tiedonsiirtoväylä.

Aisteista tulevat (afferentit) signaalit (hajua lukuunottamatta) välittyvät talamuksen kautta; talamuksen ja korteksin yhteydet ovat kaksisuuntaiset, ts. aivokuorelta on voimakas takaisinkytkentä talamukseen.

Suurin hermosäiekimppu talamuksesta aivokuorelle on optinen radiaatio (optic radiation) ulommasta polvitumakkeesta näköaivokuorelle. Motoriset (efferentit) viestit taas vällittyvät pitkin capsula internaa aivokuorelta aivorunkoon. Tämä vahva hermosäiekimppu menee talamuksen ja tyvitumakkeiden välistä.

Keskushermosto on sekä vasemmalta että oikealta puoleltaan yhteydessä ulkomaailmaan 12 aivohermon (cranial nerves) ja 31 selkäydinhermon (spinal nerves) kautta. Aivohermot ovat yhteydessä pään seudun aisteihin ja lihaksiin.

Selkäydinhermot palvelevat muuta osaa kehosta. Niiden kautta saapuvat afferentit hermoradat menevät ensin talamukseen ja sieltä aivokuorelle. Selänpuoleiset hermoradat (dorsal columns) vievät selkäytimen yläpäässä oleviin tumakkeisiin, joista signaalit etenevät lemniscus medialista pitkin talamuksen vastakkaiseen puoliskoon ja sieltä edelleen tuntoaivokuorelle (alueet 1, 2 ja 3).

Pikkuaivot koostuvat kahdesta voimakkaasti poimuttuneesta puoliskosta. Pikkuaivokuoren (cortex cerebelli) sisäpuolella on myelinisoitujen aksonien muodostamaa valkeaa ainetta. Pikkuaivokuori on kauttaaltaan samanlainen, joten sen eri alueet luultavasti käsittelevät saamansa tiedon samalla tavalla.

Pikkuaivot säätelevät lihasliikkeitä ja liikesarjoja (esim. polkupyörällä ajo) ja liikkeiden ajoitusta yhdessä tyvitumakkeiden ja liikeaivokuoren kanssa. Ne ovat tärkeät myös tasapainon säilymisen kannalta. Keskushermostoa ympäröi tiivis kalvosto.

Aivokalvojen ja hermokudoksen välissä on aivoselkäydinnestettä (cerebrospinal fluid = CSF, liquor cerebrospinalis), jota valmistuu aivokammioiden seinämissä . Aivot kelluvat tässä nesteessä ja neste muodostaa hermosoluille optimaalisen toimintaympäristön, jota aktiiviset mekanismit pyrkivät pitämään vakaana.

Veri saapuu aivoihin molemminpuolisia kaulavaltimoita (carotid artery, arteria carotis) ja niskassa kulkevia nikamavaltimoita (vertebral artery, a. vertebralis) pitkin. Nämä neljä valtimoa muodostavat aivojen pohjassa verisuonirenkaan (circle of Willis, circulus Willisii 1500-luvulla eläneen brittianatomin mukaan), josta nousee molemmin puolin kolme aivojen päävaltimoa (a. cerebri anterior, a. cerebri media ja a. cerebri posterior).

Mikäli kaula- tai nikamavaltimo ahtautuu hitaasti, elimistö pystyy yleensä korvaamaan aivojen verenpuutteen tämän suonirenkaan avulla; äkillinen tukos aiheuttaa kuitenkin ainakin ohimeneviä oireita.

Kun kudosta aivovaltimoiden tukkeutuessa hapenpuutteen takia vaurioituu, puhutaan aivoinfarktista tai ohimenevästä aivoverenkiertohäiriöstä (TIA). Verisuonen katketessa taas syntyy aivoverenvuoto joko aivojen sisään (intrakerebraalivuoto) tai lukinkalvon alle (subaraknoidaalivuoto). Vuodon tai infarktin paikka ja laajuus ratkaisevat, minkälaisia oireita potilaalla on.

Pahimmassa tapauksessa aivoinfarkti johtaa nopeaan kuolemaan. Aivojen laskimot (sinukset) kulkevat lähellä kalloa ja veri palaa niistä yläonttolaskimon kautta sydämeen.

Lähde: Aivojen rakenne ja toiminta, Risto Ilmoniemi, Helsingin yliopistollinen keskussairaala

Johdanto

Multippeliskleroosi (MS) on keskushermoston (CNS) krooninen tulehdussairaus, joka aiheuttaa vaurioita aivojen ja selkäytimen valkeassa ja harmaassa aineessa.

Viejähaarakkeita suojaavien myeliinituppien vaurioitumisen (demyelinaation) lisäksi keskushermostossa tapahtuu neurodegeneraatiota, joka johtaa hermosolujen surkastumiseen, rappeutumiseen ja kuoleman.

MS-taudin etiologia tunnetaan yhä huonosti, mutta immunologisten, geneettisten ja histopatologisten tutkimusten perusteella uskotaan, että MS-taudin patogeneesissä autoimmuniteetilla on keskeinen rooli.

Taudin kulku voi vaihdella potilaskohtaisesti, mutta useimmilla potilailla esiintyy toistuvia kliinisiä oireita taudin alusta alkaen, minkä jälkeen tapahtuu täydellinen tai osittainen oireista toipuminen. Tämä tautimuoto on aaltoilevasti etenevä, eli relapsoiva-remittoiva MS (RRMS).

10–15 vuoden jälkeen RRMS muuttuu eteneväksi (progressiiviseksi) jopa 50%:lla potilaista. Toissijaisesti etenevässä MS-taudissa (SPMS) oireet etenevät yleensä hitaasti ilman pahenemis- tai paranemisvaiheita monen vuoden ajan.

15 prosentilla MS-potilaista eireet etenevät taudin alusta alkaen tasaisesti ilman pahenemis- ja paranemisvaiheita. Tämä on ensisijaiseksi etenevä, eli primaaristi progressiivinen MS-tauti (PPMS).

Nykyään ei olla aivan varmoja siitä, onko PPMS erillinen MS-taudin muoto vai ilman tunnistettavia kliinisiä relapseja sekundaarisesti eteneväksi muuttunut MS.

Tämä on ihan uskottava hypoteesi. Minä koin kaksoiskuvia ja tasapainovaikeuksia aiheuttaneen kohtauksen vuosia ennen MS-diagnoosia. Sen syy ei koskaanselvinnyt, mutta jälkikäteen ajatellen kohtaus saattoi olla ensimmäinen ja ainoa MS-taudin pahenemisvaihe. Oireet kestivät useita päiviä.

Toisaalta monet MS-tautiin viittaavat oireet olivat minulla alkaneet lievinä jo vuosituhannen vaihteen molemmin puolin.

Sellaisenkin hypoteesin olen lukenut, jossa PPMS luokitellaan omaksi sairaudekseen, joka yhtäläisyyksistä huolimatta ei varsinaisesti ole inflammatorinen autoimmuunitauti, kuten MS-tauti, vaan lähempänä muita neurodegeneratiivisia sairauksia, kuten Parkinsonin tautia.

Multippeliskleroosin tyypillisin aivokudosvaurio on aksoneita suojaavien myeliinituppien primaarinen demyelinaatio aivojen valkeassa aineessa. Myeliinin vauriot altistavat myös hermosyyt vaurioille.

RRMS:sä aktiivisesti demyelinoiviin plakkeihin liittyy immuunisolujen pääsy ääreisalueelta keskushermostoon, mikä selittyy veri-aivoesteen (BBB) vuotamisella.

Terveen veri-aivoesteen ei pitäisi päästää perifeerisiä immuunisoluja keskushermostoon.

Progressiivisessa MS-taudissa patologisia prosesseja aivoissa välittävät pääasiassa paikalliset keskushermostosolut. Magneettikuvantamisella (MRI) on osoitettu, että PPMS:ssä keskushermoston vauriossa esiintyy vähäisempiä gadolinium-pitoisuuksia, mikä viittaa siihen, että leesiot eivät ole immuunijärjestelmän aiheuttamia.

Useat kudospatologiset havainnot liittyvät progressiiviseen MS: ään. Tärkein on aivojen atrofia, eli rappeuma tai surkastuminen, jonka aiheuttaa pääasiassa aksonien krooninen demyelinaatio, mikä johtaa lopulta hermosolujen menetykseen.

Vaikka MRI-kuvantaminen ja neuropatologiset tutkimukset ovat osoittaneet, että sekä aksonin rappeutumista että hermosolujen kuolemaa esiintyy akuuteissa ja aktiivisissa MS-vaurioissa, taudin eteneminen tapahtuu todennäköisesti, kun aksonituho ylittää keskushermoston kompensointikyvyn.

Ovatko tulehdus ja hermoston rappeutuminen ensisijaisia vai toissijaisia prosesseja ja miten ne ovat vuorovaikutuksessa taudin aikana, on edelleen epäselvää

Toinen progressiivisen MS:n merkittävä patologinen substraatti on kortikaalinen demyelinaatio. Harmaan aineen demyelinaatiota havaitaan myös pikkuaivokuoressa, hippokampuksessa ja syvän harmaan aineen solujen tumisa.

Demyelinoitumisen ja oligodendrosyyttien häviämisen lisäksi demyelinoivissa aivokuoren vaurioissa esiintyy hermosolujen transaktiota, hermosolujen kuolemaa ja pienentyneitä presynaptisia terminaalilukuja.

Progressiivisissa MS-vaurioissa diffuusia patologiaa esiintyy myös terveeltä vaikuttavassa valkeassa ja harmaassa aineessa, mikä heijastuu diffuuseina (epätarkkarajaisina) aksonivaurioina, joissa syvä mikroglia-aktivaatio vaikuttaa aivokalvon laajan tulehdusreaktion taustalla.

MRI-tutkimukset viittaavat siihen, että aivokuoren atrofia (surkastuminen) voi olla läheisemmässä suhteessa diffuusiin hermoston rappeutumiseen terveeltä näyttävässä valkeassa aineessa kuin fokaaliseen (pesäkkeisiin liittyvän) valkean aineen demyelinaation laajuudessa.

Tässä katsauksessa käsitellään nykyistä käsitystä harmaan aineen tapahtumista progressiivisen MS-taudin patogeneesissa sekä oletettuja mekanismeja, jotka voivat selittää hermoston rappeutumista ja hermosolujen kuolemaa.

MS-taudissa havaitut harmaan aineen muutokset

MS-taudin uskottiin pitkään olevan tulehduksen välittämä keskushermoston valkean aineen demyelinoiva sairaus, mutta viime vuosina on noussut esiin mahdollisuus, että aivokuoren ja syvän harmaan aineen demyelinaatio voivat olla valkean aineen vaurioita merkittävämpiä taudin oireita ja etenemistä selittäviä syitä.

Valkean aineen demyelinaation ruumiinavaus- ja in vivo tutkimukset ovat paljastaneet laajojen vaurioiden esiintymisen harmaata ainetta tukevissa rakenteissa.

Aluksi tämä selitettiin harvinaisena geneettisenä poikkeamana, joka liittyy yksinomaan taudin pitkittyneeseen kestoon ja eteneviin muotoihin.

Äskettäin osoitettiin, että kortikaalisia ja syvän harmaan aineen vaurioita talamuksessa, häntätumakkeessa, tyvitumakkeessa ja pikkuaivokuoressa esiintyy jo taudin alkuvaiheessa riippumatta valkean aineen patologiasta.

Todisteet taudin aktiivisuuteen ja aggressiivisempiin muotoihin liittyvistä harmaan aineen vaurioista lisääntyvät jatkuvasti

Toisin kuin muissa neurodegeneratiivisissa sairauksissa, ei tiedetä, onko aivokuoren atrofia MS:ssä diffuusi prosessi vai kehittyykö atrofia sen sijaan yksilöllisten anatomisten mallien mukaisesti.

Otsalohkon kortikaaliset osat, pihtipoimun takaosat, aivosaareke ja ohimolohkojen (erityisesti hippokampuksen) ja pikkuaivojen aivokuoren alueet ovat aivoalueita, joihin progressiivinen tauti iskee jo taudin varhaisessa vaiheessa. Tämä selittää ivaliditeetin etenemisen ja tautiin usein liittyvät lievät ja keskivaikeat kognitiiviset oireet.

Pitkään MS-tautia sairastaneilla on viime aikoina kuvattu erilaisia kortikaalisen atrofian tapahtumia, joissa on tai ei ole samanaikaisia valkean aineen vaurioita.

Suurin osa saadusta näytöstä viittaa vaurioiden symmetriseen (ei-satunnaiseen) jakautumiseen. Vaurioilla on vahva yhteys kliinisiin oireisiin.

Ruumiinavauksissa saaduista keskushermostokudosnäytteistä on havaittu erilaisia aivokuoren vaurioita noin 60 prosentissa tapauksista, kun taas uudemmissa 7T-magneettikuvausprotokollissa esiintyvyyden arvioidaan olevan yli 90%.

MS-potilaiden aivokudoksessa on raportoitu kolmen tyyppisiä kortikaalisia vaurioita: leukokortikaalisia, intrakortikaalisia ja subpiaalisia

Leukokortikaaliset leesiot (tyypin 1 leesiot) näyttävät alkavan aivokuoren alapuolisesta valkeasta aineesta ja ulottuvan aivokuoreen kerroksiin V ja VI. Näiden vaurioiden aivokuorisektorit osoittivat lisääntynyttä lymfosyyttien ja mikroglia- / monosyyttien määrää verrattuna terveeseen aivokuoreen samasta aivosta tai ikääntyneistä vertailuaivoista, vaikka näiden solujen lukumäärä on huomattavasti vähäisempi kuin aivokuoren alapuolisessa valkeassa ainessa. Leukokortikaalisia vaurioita on havaittu potilailla jopa taudin varhaisimmissa vaiheissa.

Intrakortikaaliset, eli aivokuoren sisäiset leesiot (tyypin 2 leesiot) sijaitsevat kokonaan aivokuoressa, eivätkä ole suorassa kosketuksessa aivokuoren valkean aineen tai pehmytkudoksen (pia mater) kanssa. Nämä vauriot ovat yleensä pieniä ja perivaskulaarisia (verisuonia ympäröiviä).

Subpiaaliset leesiot (tyypin 3 leesiot) edustavat kaikkein runsainta kortikaalivaurioiden tyyppiä ja ovat merkittävimpiä vaurioita MS-taudin progressiivisissa muodoissa. Nähin vaurioihin liittyy usein myeliinin menetystä kortikaalisissa kerroksissa I – IV, jotka ulottuvat useisiin aivopoimuihin (gyri, gyrus).

Joskus ne voivat läpäistä kaikki kuusi aivokuorikerrosta, mutta harvoin vauriot tunkeutuvat subkortikaaliseen valkoiseen aineeseen.

Oireisiin voi liittyä tulehdusreaktio aivokalvolla. Myeliinivaurioita paitsi, subpiaalisissa leesioissa ei ole suurinta osaa muista patologisista ominaispiirteistä, joita kuvataan valkean aineen vaurioissa, kuten veri-aivoesteen vuotaminen, immuunisolujen tunkeutuminen keskushermostoon, perivaskulaariset muutokset (perivascular cuffs, jossa inflammaatioon viittaavia leukosyyttejä kumuloituu verisuonten ympärille), astroglioosi tai oligodendrosyyttien esisolujen tuhoutuminen.

Aktiivinen kudosvaurio liittyy myös mikroglia-aktivaatioon. Korrelaatiota subpiaalisen ja valkean aineen leesioiden kuormitusten välillä ei ole havaittu, mikä viittaa siihen, että subpiaalinen demyelinaatio tapahtuu riippumatta valkean aineen demyelinaatiosta.

Ruumiinavaustutkimusten yleinen konsensus on, että subpiaalisia vaurioita esiintyy runsaasti MS:n progressiivisissa tautimuodoissa ( PPMS ja SPMS), mutta ne ovat harvinaisia MS-potilailla, joilla on akuutti MS tai RRMS.

Syvän harmaan aineen (DGM) rakenteiden muutokset MS-taudissa

DGM-rakenteiden muutoksia multippeliskleroosissa on tutkittu melko vähän.Kortikaalista atrofiaa havaitaan usein syvässä harmaassa aineessa, etenkin talamuksessa.

On yhä enemmän todisteita siitä, että harmaan aineen volyymin väheneminen (neurodegeneraatio) on invaliditeetin etenemisen kannalta tärkeämpi vaikuttaja, kuin demyelinaatio ja valkean aineen vauriot.

Talamus saattaa olla erityisen herkkä hermoston rappeutumiselle. Demyelinoivia vaurioita voi esiintyä talamuksessa ja peritalaamisilla alueilla.

DGM:n demyelinaatiota löydetään usein MS-tautia sairastaneiden ruumiinavauksissa. Kuolemanjälkeisissä tutkimuksissa demyelinaatiota havaitaan erityisesti häntätumakkeessa sekä talamuksen mediaalisissa ja anteriorisissa tumakkeissa.

Talamuksessa havaittavien vaurioiden histopatologinen* hahmottelu kokoaa yhteen aktiivisen, kroonisesti demyelinoivan, valkeassa aineessa havaittujen vaurioiden spektrin.

* histopatologiassa tutkitaan, onko kudosnäytteissä tulehdukseen, kasvaimiin, rappeumaan tai syöpään viittaavia muutoksia

Samoin kuin ruumiinavauksessa todetut muutokset aivokuoren harmaassa aineessa, T- ja B-solujen aiheuttama parenkymaalinen tunkeutuminen on rajallista verrattuna klassisten aktiivisten valkean aineen vaurioiden havaittuihin tasoihin.

Tutkimus on osoittanut MS-potilailla selkeitä surkastumia harmaan aineen volyymissa

Surkastumat keskittyvät alueille, jotka ovat vahvasti yhteydessä erilaisiin hermosoluihin.

Koska DGM-rakenteet ovat laajasti yhteydessä kortikaalikehän harmaan aineen alueisiin, atrofia voi johtua myös taaksepäin kulkevasta tapahtumaketjusta, joka aiheutuu aksonitransaktiosta talamuksesta ulkonevissa valkean aineen rakenteissa tai sekundaarisesti talamushermosolujen trans-synaptisesta deafferentaatiosta*.

*keskushermostoon tuovien hermoimpulssien kulun estyminen esim. katkenneissa hermoissa

Tutkimukset ovat osoittaneet, että syvän harmaan aineen volyymin surkastuminen on ajan myötä nopeampaa kuin muilla aivojen alueilla kaikissa kliinisissä MS-fenotyypeissä, ja se johtaa invaliditeetin etenemiseen.

Yhdessä nämä tutkimukset tarjoavat vahvaa näyttöä siitä, että talamuksen ja DGM:n volyymiin surkastuminen vaikuttaa dramaattisesti taudin vaikeusasteeseen.

Tulehduksia lievittävät sekä immuunijärjestelmän toimintaa säätelevät lääkkeet toimivat yleensä hyvin aaltomaisesti etenevässä RRMS-tautimuodossa, mutta niillä ei ole terapeuttista arvoa progresiivisissa tautimuodoisssa.

Lääkkeet eivät hidasta MS-taudin etenemistä, vaikka ne lievittävät ja estävät RRMS-taudin akuutteja pahenemisvaiheita. Pitkällä aikahaitarilla eri MS-tautimuotojen invalidisaation aste ja kliiniset oireet lähestyvät toisiaan. Tämä viittaa siihen, että neurodeneraation hidastamiseen tähtäävä terapia olisi taudin alusta alkaen perusteltua.

Ilmeisesti vain neurodegeneraation ehkäisemisellä ja hidastamisella voi vaikuttaa myönteisesti taudin etenemiseen pitkällä aikavälillä.

Lisääntyvä kliininen näyttö osoittaa, että toistaiseksi paras tapa hidastaa/estää neurodegeneraatiota on ketoosiin perustuva aineenvaihdunta, sillä aivorappeumaa ja solujen kuolemaa aiheuttaa erityisesti aivosolujen glukoosinottoon liittyvä trofistinen häiriö.

Kun aivosolut eivät saa energiaa glukoosista, ne kuolevat energianpuutteeseen. Onneksi aivosolut saavat tarvitsemansa energian vaihtoehtoisesti myös ketoaineista, kuten betahydroksibutyraatista.

MRI-kuvantaminen ja kognitiiviset testit osoittavat, että ketoosissa aivojen aktiivisuus ja soluterveys paranevat. Käsittelin aihetta aiemmin pitkässä tutkimuskatsauksessa.

Neurodegeneraation mekanismit

Etenevän MS-taudin syistä on esitetty erilaisia valituneita arvauksia. Eräs ehdotus on, että vaikka aivovaurioita ohjaavat tulehdusprosessit ovat verrannollisia aaltoilevasti etenevän MS-taudin tulehdusprosessien kanssa, progressiivisesti etenevässä taudissa keskushermostoon kehittyy tulehdussoluja suosiva mikroympäristö, mikä tekee immunomodifioivista hoidoista tehottomia.

Toinen mahdollisuus on, että MS alkaa tulehduksellisena sairautena, mutta useiden vuosien jälkeen tulehdusvasteista riippumaton neurodegeneratiivinen prosessi muuttuu taudin etenemisessä keskeiseksi mekanismiksi.

MS voi olla neurodegeneratiivinen sairaus, jossa tulehdus esiintyy toissijaisena tauden etenemistä vahvistavana vasteena.

Nämä erilaiset mekanismit eivät sulje pois toisiaan ja voivat esiintyä yhdessä. Siksi MS-taudissa neurodegeneraatio ja lopulta taudin eteneminen sekä krooniset vauriot kehittyvät monien erilaisten molekyylimekanismien seurauksena. Näistä on esitetty yhteenveto, jota en käännä:

Multippeliskleroosin etenemistä selittävät mekanismit

Immunological Mechanisms and Effectors	Mechanisms of Neurodegeneration and Axonal Dysfunction
B Cells	Mitochondrial Injury
Antibody production, Ag presentation, ectopic formation of follicle-like structures Induction of compartmentalized population driving CNS injury, independent of peripheral immune activity. Secretion of IL-6, TNF-α, IL-10, and IL-35: Complement activation and T cell functions EBV-infected B-cell Induce CD8-mediated immune responses against brain tissue	Impaired activity of respiratory chain complexes (I, III and IV) Alterations in mitochondrial molecular motors mtDNA deletions Energy deficiency: failure of Na⁺/K⁺ ATPase, reverse activity of NCX, and excess of intra-axonal Ca²⁺. Amplify oxidative stress. Mediates histotoxic hypoxia, which magnifies energy deficiency
CD8⁺ cytotoxic T lymphocytes	Release of Fe³⁺
Release of TNF-α: neuronal cell death via p55 receptor; IFN-γ: increased Glutamate neurotoxicity and Ca²⁺ influx; secretion of perforin and granzyme: cellular membrane damage, associated to Na⁺ and Ca²⁺ influx	Iron accumulates with aging. The release of Fe³⁺ from damaged OGD amplifies oxidative injury
Astrocytes *	Anomalous Distribution of Ion Channels
Secretion of pro-inflammatory cytokines (IL-1, IL-6, TNF-α), chemokines (CCL-2, CCL-5, IP-10, CXCL-12, IL-8) and BAFF. Blood-brain-barrier breakthrough: action on endothelial cells and tight junctions Activation of microglia: secretion of CXCL-10/CXR3, GM-CSF, M-CSF and TGF-β. Production of Lactosylceramide: induces secretion of CCL2 and GM-CSF Production of ROS, RNS, NO and ONOO-limited Glutamate transporters, increasing Glutamate excitotoxicity Reactive astrogliosis: inhibition of remyelination and axonal regeneration by over-secretion of FGF-2, CSPGs and EPH. Upregulation of purinergic receptors: increased responsiveness to ATP, formation of membrane pores and increased of Ca²⁺ influx Cellular senescence: low level of chronic inflammation, altered Ca²⁺ homeostasis	Redistribution of Na⁺ channels (Na_v, 1.2, 1.6 and 1.8) along the denuded axon: increased energy demand. Activation of VGCC, ASIC1 and TRPM4 contributes to excess of intra-axonal Ca²⁺ Glutamate excitotoxicity mediates massive influx of Ca²⁺ into neurons Excess of intra-axonal Ca²⁺ stimulates catabolic enzyme systems: leading to proteolytic degradation of cytoskeletal proteins
Microglia *	Loss of Myelin-Derived Trophic Support and Deficit in Axonal Transport
Decreased expression of immunosuppressive factors: fractalkine-CX3CR1, and CD200-CD200R. Secretion of pro-inflammatory cytokines: IL-1, IL-6, TNF-α, IFN-γ. Ag presentation of CD4⁺ T cells via Major Histocompatibility Complex (MHC) Class II Oxidative burst: production of ROS and RNS Acquisition of aging phenotype: expression of AGE and RAGE	Alteration of a single myelin protein synthesis (PLP, MGA, or CNP) can cause axonal dysfunction Deficit in axonal transport can reduced expression of kinesins (anterograde transport) and dyneins (retrograde transport)

*Taulukossa esiintyvät lyhennykset:

Ag: antigeeni
AGE: Edistyneet glykaation lopputuotteet
ASIC1: happoa tunnistava ionikanava
BAFF: B-solua aktivoiva tekijä
CNP: 2’3′-syklinen nukleotidi 3′-fosfodiesteraasi
CNS: keskushermosto
CSPG:t: kondroitiinisulfaatti-proteoglykaanit
EBV: Epstein – Barr-virus
EPH: efriinit
FGF-2: fibroblastien kasvutekijä 2
GM-CSF: granulosyytti-makrofagipesäkkeitä stimuloiva tekijä
MAG: myeliiniin liittyvä glykoproteiini
M-CSF: makrofagipesäkkeitä stimuloiva tekijä
mtDNA: mitokondrioiden DNA
NCX: natriumkalsiumvaihdin
NO: typpioksidi
OGD: oligodendrosyytit
ONOO -: peroksinitriitti
PLP: proteolipidiproteiini
RAGE: AGE-reseptori
RNS: reaktiiviset typpilajit
ROS: reaktiiviset happilajit
TRPM4: ohimenevä potentiaalireseptori melastatiini 4
VGCC: Jänniteohjattu Ca2 + -kanava.

Tulehdukselliset tapahtumat

Eläinmalleista ja MS-potilailla tehdyistä immunologisista tutkimuksista saatu näyttö viittaa siihen, että keskushermostoon kohdistuva perifeerinen immuunivaste ohjaa sairausprosessia varhaisvaiheissa, kun taas keskushermostoon rajoittuneet immuunireaktiot hallitsevat taudin etenemisen myöhempiä vaiheita.

Tulehduksellisen infiltraatin (keräymä, tiivistymä) koostumus keskushermostossa johtuu perifeeristen immuunisolujen sisäänvirtauksen ja erityisesti mikrogliaalisten solujen aktivoitumisen yhdistelmästä, joka voi muuttaa niiden sisäistä ”lepotilaa” vasteena pitkittyneelle tulehdukselle.

Etenevässä MS-taudissa tulehdusta aiheuttavien ehdokkaiden joukossa B-solujen rooli näyttää olevan hyvin merkittävä. B-solutoimintoja, joilla voi olla merkitystä etenevässä MS-taudissa ovat:

vasta-ainetuotanto
tulehdusta edistävien sytokiinien lisääntynyt eritys
puutteellinen komplementtijärjestelmän aktivaatioon ja T-solujen toimintaan vaikuttava säätelysytokiinien tuotanto
antigeenien esittely ja follikkelien kaltaisten rakenteiden virhesijaintinen, eli ektooppinen muodostuminen.

Ektooppiset munarakkulamaiset rakenteet ovat patologisia kudosmuodostumia, jotka muistuttavat tertiäärisiä imusolmukkeita, ja jotka löytyvät leptomeningien* subaraknoidisesta (lukinkalvon alaisesta?) tilasta lähellä tulehtuneita verisuonia ja joita esiintyy myös muissa kroonisissa tulehdussairauksissa. Nämä voidaan indusoida follikulaaristen T-auttajasolujen sytokiiniverkostoilla, jotka toimivat positiivisina (so. IL-21 ja IL-22) ja negatiivisina (eli IL-27) säätelijöinä, samoin kuin muutoksilla stroomassa (sidekudosverkossa).

*Leptomeningit: Kaksi sisintä kudoskerrosta, jotka peittävät aivot ja selkäytimen. Näitä kahta kerrosta kutsutaan arachnoid materiksi ja pia materiksi

Näiden patologisten rakenteiden koostumukselle on tunnusomaista T- ja B-solujen aggregaatit, jotka usein osoittavat T-/B-segregoitumista

Ne kykenevät ylläpitämään vasta-aineiden monipuolistumista in situ, isotyyppien vaihtamista, B-solujen erilaistumista ja oligoklonaalista leviämistä, jotka muistuttavat ektooppisia itukeskuksia, mikä voi myös tukea autoreaktiivisten plasmasolujen tuotantoa paikallisen tulehduksen kohdalla.

Nämä rakenteet paikallistuvat yhdessä harmaata ainetta olevien leesioiden ja parenkymaalisen (eli elimistön peruskudokseen – parenkyymiin liittyvä) tunkeutumisen kanssa, ja niitä esiintyy eri kehitysvaiheissa, aina yksinkertaisista T- ja B-soluklustereista retikuliinipäällysteen ympäröimiin erittäin järjestäytyneisiin follikkeleihin.

Follikkelimaiset kehittyneet, lymfoidiset kemokiinit CCL19, CCL21, CXCL12 ja CXCL13, jotka kontrolloivat B-solujen rekrytointia, kypsymistä ja antigeenivalintaa, ylläpitävät korkeaa humoraalista vastetta keskushermoston perifeerisestä tulehduksesta riippumatta.

Tällä on erityistä merkitystä progressiivisessa MS-taudissa, jossa veri-aivoeste toimii jokseenkin normaalisti ja taudin aktiivisuuden laukaiseva perifeeristen immuunisolujen pääsy aivoihin on vähäistä.

Sekä myeliiniantigeenien että ei-myeliiniantigeenien, kuten neurofassiinin, neurofilamenttien ja gliakaliumkanavan KIR 4, vasta-aineilla on osoitettu olevan tärkeä rooli aksonien ja hermosolujen vaurioissa komplementtikaskadiaktivaation kautta.

Progressiivisessa MS-taudissa aivokuoren demyelinaatiossa neurodegeneraatio ja atrofia osoittavat positiivista korrelaatiota diffuusien tulehduksellisten infiltraattien ja leptomeningien lymfoidi-follikkelirakenteiden kanssa, mikä osoittaa, että näiden rakenteiden aktivaatio vaikuttaa kortikaaliseen patologiaan.

Follikkelimaisia rakenteita esiintyy noin 40 prosentissa SPMS-tapauksista, mutta ne ovat harvinaisia PPMS-potilailla

Follikkelimainen, eli rakkulamainen

Ei tiedetä, ovatko follikkelimaiset rakenteet alusta alkaen tyypillisiä piirteitä taudin eri alatyypeille vai kehittyvätkö ne pysyvien kudosvaurioiden ja antigeenien vapautumisen seurauksena.

Sekundaarisesti progressiivisen MS-taudin aivokalvontulehdukseen liittyy glial limitansin vaurioituminen (ks. kuva) ja hermosolujen menetysgradientti, joka on suurempi pinnallisissa aivokuorikerroksissa (I-III) lähempänä pialin pintaa kuin sisäisissä aivokuorikerroksissa.

Diffundoivilla sytotoksisilla tekijöillä voi olla tärkeä rooli subpiaalisen aivokuoren vaurioiden kehittymisessä. Follikkelien kaltaisten rakenteiden esiintyminen SPMS-potilailla on liittynyt vakavampaan kliiniseen taudinkulkuun, lyhyempään taudin kestoon ja aikaisempaan kuolemaan.

PPMS:n ja SPMS-patologian taustalla olevat neurodegeneratiiviset ja immunologiset mekanismit ovat jäljellä. Molemmissa tapauksissa diffuusi aivokalvontulehdus ja aivokuoren hermosolujen patologia voivat olla merkittäviä tekijöitä sairauden kliinisessä etenemisessä, mikä viittaa samankaltaisiin patogeenisiin mekanismeihin riippumatta aikaisemmasta relapsoivasta remissiokurssista tai follikkelien kaltaisten rakenteiden esiintymisestä.

Epstein-Barrin virus

Taudin muotojen välillä havaitut erot ovat luonteeltaan enemmän määrällisiä kuin laadullisia.

Koska serologisissa ja epidemiologisissa tutkimuksissa on löydetty yhteys B-lymfotrooppisen Epstein-Barrin viruksen (EBV) infektion ja MS-taudin välillä, on oletettu, että keskushermostoon imeytyvien B-solujen EBV-infektio voi johtaa MS-patologiaan.

Analyysi kuolemanjälkeisestä aivokudoksesta MS-potilailla on osoittanut, että EBV-tartunnan saaneiden B-solujen / plasmasolujen kertyminen aivokalvoihin ja valkean aineen vaurioiden perivaskulaariseen osastoon on yleistä ja että EBV:ta sisältävien solujen määrä korreloi aivojen tulehduksen asteen kanssa.

EBV:n puuttuminen aivoon tunkeutuvissa B-soluissa muissa tulehduksellisissa neurologisissa sairauksissa osoittaa, että EBV:n infektoimien B-solujen pesiytyminen keskushermostoon on spesifistä MS-taudille eikä yleinen tulehduksen aiheuttama ilmiö.

Kortikaalisten vaurioiden kolonisaatio on liitetty EBV:n koodaamiin pieniin tuman mRNA (EBER) -transkripteihin B-soluissa ja plasmasoluissa, jotka ilmentyvät pääasiassa virusinfektion piilevän vaiheen aikana.

Latenssiproteiinien EBNA2 ja LMP1, jotka tuottavat lisääntymis- ja prosurvival -signaaleja B-soluille, ilmentyminen aktiivisissa valkean aineen vaurioissa ja aivokalvoissa useimmissa MS-tapauksissa, samoin kuin B-solujen lisääntymisen esiintyminen MS-aivoissa tukevat mekanismia EBV-ohjatulle B-solujen esiintymiselle.

Tutkimuksissa follikkelimaiset rakenteet sisälsivät runsaasti LMP1⁺:sta, mutta ei EBNA2⁺ -soluja. Samaan aikaan lyyttisten (liukenevien) proteiinien BZLF1 ja BERF1 havaittiin rajoittuneen plasmasoluihin, jotka sijaitsevat aktiivisissa kortikaalisissa vaurioissa, mikä osoittaa, että nämä rakenteet ovat viruksen uudelleenaktivoitumisen pääkohteita.

Koska EBNA2:ta ja LMP1:tä ilmentäviä soluja ei yleensä löydy verestä, niiden läsnäolo aivoissa viittaa EBV-säätelyn häiriöön

Joidenkin tutkimusten mukaan keskushermostoon liittyvä EBV-infektio ei kuitenkaan näyttele erityistä roolia MS-taudissa. Varhaiset lyyttiset (hajoamiseen, liukenemiseen liittyvät) EBV-antigeenit herättivät CD8⁺ -välitteisiä immuunivasteita aiheuttaen voimakkaita sytotoksisia vaikutuksia aivokudoksessa.

Aktiivisimmat aivokuoren MS-vauriot ovat usein täynnä CD8⁺ T-soluja, ja ne sisältävät vain vähän B-soluja tai plasmasoluja, mikä viittaa siihen, että kortikaalinen tulehdus korreloi sekä B- että plasmasolujen määrän vähenemisen kanssa.

Nämä havainnot viittaavat siihen, että EBV:n uudelleenaktivoituminen yhdistettynä CD8⁺ T-solujen välittämään voimakkaaseen sytotoksiseen viruslääkkeeseen voi johtaa akuuttiin tulehdukseen sekä valkeassa että harmaassa aineessa sekä aivokalvotilassa.

CD8⁺ -T-solut voivat myös tunnistaa oligodendrosyytteissä, neuroneissa tai aksoneissa läsnä olevat spesifiset antigeenit.

Aktivoituina ne voivat olla osittain vastuussa demyelinaatiosta tai aksonaalisista / hermosolujen vaurioista MS-taudissa. Useimmat MS-vaurioista toipuneet CD8⁺ T-lymfosyytit kuuluivat muutamiin klooneihin. Tietyt MS-potilailla löydetyt CD⁸⁺ T-solukloonit voivat säilyä monien vuosien ajan selkäydinnesteessä (CSF) ja / tai keskushermostokudoksessa.

Keskushermostosta havaittujen CD4⁺ T-solujen valikoima MS-potilailla on heterogeeninen. Kaiken kaikkiaan havainnot vahvistavat käsitystä siitä, että MS-potilaiden keskushermostossa olevat CD8⁺ T-lymfosyytit eivät ole vain sivullisia soluja, vaan ne osallistuvat aktiiviseen immuunivasteeseen.

Aksonaaliset valkean aineen vauriot korreloivat sekä CD8⁺ T-solujen että aktivoituneiden mikroglia / makrofagien ja keskushermostosolujen lukumäärän kanssa, joilla on voimakas MHC I -ekspressio kaikentyyppisissä tulehduksellisissa vaurioissa.

Nämä havainnot viittaavat yhdessä siihen, että valkean aineen vaurioissa CD8⁺ T-solut vaikuttavat efektorisoluina aiheuttaen sekä oligodendrosyyttien että aksonien vaurioita.

Taustalla olevista mekanismeista, joiden kautta sytotoksiset CD8⁺ T-lymfosyytit vahingoittavat aksoneja ja neuroneja MS-taudissa, on kuitenkin edelleen kiistaa.

Sytotoksiset CD8⁺ T-lymfosyytit vapauttavat sytokiinejä, kuten IFN-y ja TNF-a, samoin kuin perforiini ja grantsyymit A ja B.

IFN-y voi lisätä glutamaatin neurotoksisuutta ja Ca2⁺ -virtausta soluihin moduloimalla IFN-y / AMPA-glutamaattireseptorikompleksia. Toisaalta TNF-a laukaisee solukuoleman hermosoluissa olevan p55-reseptorin kautta.

Perforiini ja grantsyymit vahingoittavat suoraan solukalvoa aiheuttaen Na⁺– ja Ca2⁺ -virtauksen, mikä johtaa lopulta energian puutteeseen ja sen seurauksena lyyttisten soluentsyymien aktivoitumiseen.

Grantsyymit häiritsevät kalsiumin homeostaasia lisäämällä lepotasoa ja parantamalla IP3-välitteistä endoplasman verkkokalsiumin vapautumista. Kohonneet Ca2⁺ -pitoisuudet ovat riittäviä aktivoimaan kalsiumriippuvaisia solukuolemaan vaikuttajia, kuten kaspaasit.

Vaikka perforiini lisäsi GrB-välitteistä neurotoksisuutta, rekombinantti GrB voi itse aiheuttaa neurotoksisuutta perforiinista riippumatta.

Samoin CD8⁺ -sytotoksisten T-lymfosyyttien Fas-antigeenin ja hermosolujen Fas-ligandin välinen vuorovaikutus laukaisee Ca2⁺:n vapautumisen solunsisäisistä varastointipaikoista, mikä johtaa solunsisäisen kaspaasikaskadin lisäaktivaatioon, mikä vaurioittaa aksoneita ja neuroneita.

Sytotoksisten CD4⁺ T-solujen rooli progressiivisessa MS:ssä unohtuu usein

Tuoreet tutkimukset osoittivat kuitenkin, että tämä T-solupopulaatio lisääntyi myöhäisissä / kroonisissa kokeellisissa autoimmuunisissa enkefalomyeliitti- (EAE) vaurioissa verrattuna akuutteihin vaurioihin.

Sytotoksisten CD4⁺ T-solujen osuudet lisääntyivät edelleen SPMS-potilaiden selkäydinnesteessä (CSF) vastaaviin verinäytteisiin verrattuna.

Nämä solut syntyvät toistuvasta antigeenisesta stimulaatiosta, minkä jälkeen ne menettävät rinnakkaistimulaattorimolekyylin CD28, jolloin sytotoksinen fenotyyppi on verrattavissa NK- ja CD8⁺ T-soluihin. Lisäksi CD4⁺ CD28-T-solut menettävät herkkyytensä apoptoosin induktioon ja ovat resistenttejä niitä säätelevien T-solujen tukahduttaville vaikutuksille.

CD4⁺ CD28-T-solujen lisääntyminen liittyy useisiin autoimmuuni- ja kroonisiin tulehdustiloihin, kuten MS, kun taas terveillä niitä ei yleensä havaita.

Ne on tunnistettu paitsi kroonisten tulehdussairauksien potilaiden verenkierrossa myös kohdekudoksissa. MS:ssä CD4⁺ CD28-T-solut kykenevät kulkeutumaan keskushermostoon pääasiassa fraktalkiinijärjestelmän (CX3CL1-CX3CR1) kautta.

Potilailla, joilla on paljon näitä soluja, on vakavampi sairaus ja yleensä huonompi ennuste

Itse asiassa äskettäin CD4⁺ CD28-T-solujen lähtötason prosenttiosuus liittyi multimodaalisesti herätettyyn potentiaaliin (EP), mikä osoitti yhteyden näiden solujen ja taudin vakavuuden välillä.

Lähtötason CD4⁺ CD28-T-solujen prosenttiosuudella oli ennustearvo, koska se liittyi EP:hen 3 vuoden kuluttua ja EP:n ja laajennetun vammaisuuden tila-asteikkoon (EDSS) viiden vuoden kuluttua.

Uusien ja tehokkaiden hoitostrategioiden kehittämiseksi on tarpeen ymmärtää paremmin tautiin liittyvät patologiset mekanismit.

Tässä artikkelissa kirjoittajat ovat tiivistäneet joitakin tärkeimmistä mekanismeista, jotka liittyvät MS-taudin etenemiseen. Epäilemättä lisätutkimukset johtavat parempaan ymmärrykseen demyelinaatio- / remyelinoitumisprosesseista sekä gliasolujen merkityksestä hermosolujen homeostaasissa ja hermosolujen rappeutumisessa.

Tehokkaiden hoitomuotojen kehittäminen riippuu suurelta osin taudin patogeneesin kattavasta ymmärryksestä, eläinmalleista, jotka sisältävät nämä patogeeniset ominaisuudet, uusista koemalleista sekä uusista lääkäreiden ja perustutkijoiden yhteistyömalleista.

Pahoittelen, jos tekstiin jäi kirjoitus- tai asiavirheitä. Aineevaihduntaa ja biokemiallisia prosesseja käsittelevän tekstin ymmärrettäväksi suomentaminen on haastavaa.

Tämä on ensimmäinen osa tutkimuskatsausta: Neurodegeneraation ja aksonaalisten vaurioiden mekanismit progressiivisessa multippeliskleroosissa

β-hydroksibutyraatin oksidaatio edistää immunometaboliittien kertymistä aktivoituneisiin mikroglia-soluihin

Laajennan ja yritän parhaani mukaan myös selventää Beniton, Haijin et. al. tutkimusta

Immuunisolujen metabolinen säätely on keskeinen vaikuttaja immunologisissa tapahtumissa

β-hydroksibutyraatin oksidaatio edistää immunometaboliittien kertymistä aktivoituneisiin mikroglia-soluihin

Nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi (NAD+)

Betahydroksibutyraatti, β-hydroksibutyraatti eli betahydroksivoihappo tai BHB

β-hydroksibutyraatti pystyy läpäisemään keskushermostoa suojaavan veri-aivoesteen

Tutkimus

Metabolisen joustavuuden merkitys lisääntyy samalla, kun metabolisen mikroympäristön merkityksestä immuunitoiminnan säätelylle saadaan lisää todisteita

Tulokset

Mikroglia-solut hapettavat β-hydroksibutyraattia TCA-syklissä

β-Hydroxybutyraatti muuttaa LPS:n aiheuttaman glykolyyttisen vasteen

β-hydroksibutyraatti edistää mitokondrioiden aineenvaihduntaa ja TCA-syklin välituotteiden kertymistä

β-hydroksibutyraatti tehostaa lipopolysakkaridin aiheuttaman tulehdusta ehkäisevän markkerin NOS2 stimulaatiota

Millaisia ajatuksia tämä herätti?

Neurodegeneraation ja aksonaalisten vaurioiden mekanismit progressiivisessa multippeliskleroosissa 1

Progressiivinen multippeliskleroosi on monitekijäinen neurologinen sairaus, joka vaurioittaa aivojen kortikaalisten alueiden ja harmaan aineen soluja

Neurodegeneraation ja aksonaalisten vaurioiden mekanismit progressiivisessa multippeliskleroosissa

Aivot ja selkäydin

Johdanto

Ovatko tulehdus ja hermoston rappeutuminen ensisijaisia vai toissijaisia prosesseja ja miten ne ovat vuorovaikutuksessa taudin aikana, on edelleen epäselvää

MS-taudissa havaitut harmaan aineen muutokset

MS-potilaiden aivokudoksessa on raportoitu kolmen tyyppisiä kortikaalisia vaurioita: leukokortikaalisia, intrakortikaalisia ja subpiaalisia

Syvän harmaan aineen (DGM) rakenteiden muutokset MS-taudissa

Tutkimus on osoittanut MS-potilailla selkeitä surkastumia harmaan aineen volyymissa

Neurodegeneraation mekanismit

Multippeliskleroosin etenemistä selittävät mekanismit

Tulehdukselliset tapahtumat

Näiden patologisten rakenteiden koostumukselle on tunnusomaista T- ja B-solujen aggregaatit, jotka usein osoittavat T-/B-segregoitumista

Follikkelimaisia rakenteita esiintyy noin 40 prosentissa SPMS-tapauksista, mutta ne ovat harvinaisia PPMS-potilailla

Epstein-Barrin virus

Koska EBNA2:ta ja LMP1:tä ilmentäviä soluja ei yleensä löydy verestä, niiden läsnäolo aivoissa viittaa EBV-säätelyn häiriöön

Sytotoksisten CD4+ T-solujen rooli progressiivisessa MS:ssä unohtuu usein

Nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi (NAD⁺⁾

Sytotoksisten CD4⁺ T-solujen rooli progressiivisessa MS:ssä unohtuu usein