Glas methylen a chelloedd sy'n cynnal yr ymennydd: astrocytau, microglia a llid

Tybiwch eich bod yn cynnal dau arbrawf gyda'r un lliw glas ac yn cael dau ganlyniad calonogol. Mewn un ddysgl, mae celloedd cynnal siâp seren yn goroesi colli ocsigen a glwcos. Mewn un arall, mae celloedd imiwnedd yr ymennydd yn cadw eu siâp canghennog tawel er gwaethaf tocsin bacteriol. Mae'n demtasiwn cyfuno'r ddau yn un honiad: mae'r lliw yn tawelu llid yn yr ymennydd ac yn amddiffyn yr ymennydd. Y cyfuniad hwnnw yw'r union fan lle dylai darllenwyr gofalus arafu.

Mae gan yr ymennydd ddwy boblogaeth o gelloedd cynnal â swyddogaethau gwahanol, ac mae glas methylen yn dod i gysylltiad â phob un drwy sbardun arbrofol gwahanol. Celloedd cynnal metabolaidd yw astrocytau. Maent yn eistedd rhwng pibellau gwaed a niwronau, yn clirio gormodedd o glwtamad, yn byffro potasiwm, yn storio glycogen, ac yn cludo tanwydd i niwronau pan fydd y galw'n cynyddu'n sydyn. Microglia yw goruchwylwyr imiwnedd preswyl yr ymennydd. Mae eu hestyniadau mân yn patrolio meinwe, yn canfod signalau bacteriol a signalau difrod, ac wrth gael rhybudd yn cilio i ffurf gron amebaidd sydd wedi'i haddasu ar gyfer mudo ac amlyncu, gan ryddhau moleciwlau signalau. Nid yw canlyniad mewn un boblogaeth yn trosglwyddo i'r llall, ac mae'r mesuriad a ddefnyddir ym mhob achos yn pennu'r hyn a ddangoswyd mewn gwirionedd.

Astrocytau dan straen metabolaidd: yr amseru yw'r canlyniad

Mae'r arbrawf astrocytau yn dechrau gydag amddifadu. Meithrinodd ymchwilwyr astrocytau cortigol o lygod newydd-anedig, gan dynnu glwcos a bron yr holl ocsigen am chwe awr, ac yna adfer y ddau am bedair awr ar hugain: model labordy o strôc ac yna ail-ddarlifiad. Pan oedd glas methylen yn bresennol yn ystod y cyfnod amddifadu, gwaethygodd goroesiad y celloedd. Pan gafodd ei ychwanegu yn ystod y cyfnod ailocsigeneiddio yn unig, ar 0.1 ac 1 micromolar, gwellodd y goroesiad yn sylweddol yn ôl prawf hyfywedd calcein. Mae'r astudiaeth o astrocytau llygod yn adrodd y gwahaniaeth amseru hwn ochr yn ochr â'r data resbiradaeth.

Y gwahaniaeth hwnnw yw'r canfyddiad sydd bwysicaf. Yn ystod amddifadu, nid oes bron dim ocsigen i dderbyn electronau, felly nid oes gan system drosglwyddo electronau unman i'w danfon. Yn ystod ailocsigeneiddio, mae'r peirianwaith yn ailddechrau ac mae gan y lliw waith i'w wneud. Roedd astrocytau a gafodd eu trin yn defnyddio mwy o ocsigen, yn cymryd mwy o glwcos i mewn, yn cynhyrchu mwy o ATP, ac yn ailadeiladu storfeydd glycogen, gyda gweithgarwch hecsocinas uwch a dim cynnydd mewn uwchocsid mitocondriaidd. Yr esboniad arfaethedig yw'r un cyfarwydd o'r disgrifiad o las methylen fel cludwr electronau mitocondriaidd, sef cludo electronau heibio i fannau wedi'u blocio yn y gadwyn resbiradol fel bod resbiradaeth yn ailddechrau'n lân yn hytrach na gollwng electronau i rywogaethau adweithiol.

Sylwch ar ba fath o dystiolaeth yw hon. Canlyniad ynghylch goroesiad a metaboledd mewn un math o gell wedi'i ynysu ydyw, gyda ffenestr effeithiol benodol (adferiad, nid amddifadu) ac ystod grynodiad benodol. Nid yw'n dweud dim am signalau imiwnedd, na dim am ymddygiad.

Microglia dan rybudd bacteriol: ailraglennu metaboledd

Mae'r arbrofion microglia yn dechrau gyda'r sbardun gwrthwyneb: nid newyn ond haint ffug. Mae lipopolysacarid, darn o bilen allanol bacteriwm, yn rhwymo wrth synwyryddion imiwnedd cynhenid ac yn argyhoeddi microglia fod pathogenau wedi cyrraedd, er nad oes unrhyw facteria byw yn bresennol. Mewn llygod a gafodd lipopolysacarid ac mewn llinell o gelloedd microglia mewn meithriniad, y canlyniad yw rhaglen lid gyfarwydd: mae ffactorau sy'n hybu llid yn cynyddu, mae microglia yn polareiddio tuag at y cyflwr M1 ymosodol, mae niwronau cyfagos yn marw, ac mae'r anifeiliaid yn perfformio'n waeth ar dasgau dysgu a chof.

Mae'r astudiaeth o'r ymateb hwn mewn llygod yn ei olrhain i lwybr sy'n synhwyro ocsigen: mae lipopolysacarid yn sbarduno gorfynegiant PHD3, un o dri ensym hydrocsilas prolyl, drwy gadwyn Siah2/Morg1 sy'n gweithredu'n gynharach yn y llwybr. Ar yr un pryd, mae'r celloedd yn ailraglennu eu defnydd o egni tuag at glycolysis aerobig gyda lefelau uwch o rywogaethau ocsigen adweithiol mitocondriaidd, newid a fesurodd yr awduron yn uniongyrchol gyda phrofion metabolaidd Seahorse o'r defnydd o ocsigen ac asideiddio allgellog. Gwrthdrodd glas methylen y newid metabolaidd a gorfynegiant PHD3, gostyngodd y ffactorau llid, lleihaodd farwolaeth niwronau, a gwellodd y sgoriau ymddygiad. Ychwanegodd tomograffeg allyrru positronau haen o ddelweddu: cynyddodd lipopolysacarid y glwcos a gymerwyd i mewn yn yr hipocampws ar FDG-PET, a daeth triniaeth â'r lefel yn ôl i lawr, yn gyson â metaboledd llidiol tawelach yn yr ymennydd byw.

Mae hwn yn gasgliad cyfoethocach o fesuriadau na'r astudiaeth astrocytau (cytocinau, metaboledd, delweddu, ymddygiad mewn anifeiliaid), ond mae'n perthyn i sbardun gwahanol a chell wahanol. Dylai darllenwyr sy'n cymharu'r ddau gadw'r sbardunau ar wahân: mae un astudiaeth yn achub celloedd cynnal sy'n llwgu yn ystod adferiad, ac mae'r llall yn dampio rhybudd haint ffug mewn celloedd imiwnedd.

Microglia dan y microsgop: siâp fel mesuriad

Mae trydydd arbrawf yn edrych ar yr un rhybudd bacteriol drwy siâp yn unig. Mewn meithriniadau glial o gortecs llygod mawr, mae microglia rheolydd wedi'u staenio ar gyfer y marciwr IBA1 yn dangos llawer o estyniadau mân, sef y ffurf ganghennog sy'n goruchwylio. Ar ôl pedair awr ar hugain o lipopolysacarid ar 10 microgram fesul mililitr, mae'r celloedd yn gwastatáu i'r ffurf amebaidd, ac mae arwynebedd corff y gell yn tyfu tra bo'r perimedr yn aros yn weddol gyson, sef arwydd geometrig o fynd yn grwn. Cadwodd glas methylen ar 1 micromolar, a roddwyd ochr yn ochr â'r tocsin, yr estyniadau canghennog a chadw arwynebedd y corff a'r perimedr yn agos at werthoedd y rheolydd. Mae'r astudiaeth o feithriniadau llygod mawr yn mesur yr adferiad siâp hwn drwy fesuriadau arwynebedd corff y gell a'r perimedr.

Mae dau fanylyn yn gwneud yr astudiaeth hon yn fwy gwerthfawr na llun syml. Yn gyntaf, ni wnaeth y cyfansoddyn cymharu menadion, moleciwl arall sy'n weithredol mewn adweithiau redox ar yr un crynodiad, adfer y siâp, ac ar ei ben ei hun gwthiodd gelloedd tuag at y ffurf actifedig. Felly nid yw'r effaith yn briodwedd gyffredinol pob moleciwl sy'n cylchu redox. Yn ail, mae'r awduron yn cysylltu effaith y lliw ag actifadu Nrf2, rhaglen ffactor trawsgrifio sy'n sail i enynnau gwrthocsidiol a gwrthlidiol, yn hytrach nag â sborionu uniongyrchol yn unig. Mae trafodaethau cysylltiedig am redox a signalau llidiol yn rhoi'r cysylltiad Nrf2 hwn yn ei gyd-destun.

Serch hynny, siâp yw'r gwannaf o'r tri mesuriad. Mae cell ganghennog fel arfer yn gell sy'n goruchwylio ac mae cell gron fel arfer yn un actifedig, ond dangosydd dirprwyol yw morffoleg, nid trawsgrifiad. Nid oedd y meithriniad hwn yn cynnwys celloedd imiwnedd a gludir yn y gwaed, unrhyw gylchedau, nac unrhyw allbwn ymddygiadol.

Darllen y tri chanlyniad ochr yn ochr

Y patrwm ar draws y rhesi yw bod pob sbardun yn cael ei fesuriad ei hun a'i ateb ei hun. Mae achub metabolaidd yn ateb cwestiwn am fetaboledd. Mae data cytocinau ac ymddygiad yn ateb cwestiwn am lid. Mae siâp yn ateb cwestiwn am siâp. Nid yw'r un o'r tri yn trosglwyddo i faes arall ar ei ben ei hun.

Beth nad yw microglia sy'n edrych yn dawelach yn ei brofi

Dyma'r frawddeg sydd ei hangen ar y pwnc cyfan: nid yw microglia sy'n edrych yn llai actifedig, neu fetaboledd microglia wedi'i newid, yn profi ar ei ben ei hun fod gweithrediad yr ymennydd wedi gwella.

Gall morffoleg newid heb i'r swyddogaeth newid yn unol â hi. Gall cell gadw ei changhennau wrth barhau i ryddhau cytocinau, neu fynd yn grwn wrth glirio malurion yn ddefnyddiol. Mae gan ddarlleniadau metabolaidd yr un cyfyngiad: mae olrhain Seahorse neu sgan PET yn dangos sut y caiff egni ei drin, nid gwybyddiaeth. Mae'r astudiaeth llygod a gyfunodd fesuriadau metabolaidd a mesuriadau tebyg i rai siâp â phrofion ymddygiadol yn gryfach yn union oherwydd iddi gyfuno haenau o dystiolaeth yn hytrach na gofyn i un mesuriad gynnal y casgliad. Hyd yn oed yno, mae'r cyfyngiadau arferol yn berthnasol, gan fod lipopolysacarid yn modelu rhybudd di-haint yn hytrach na haint go iawn, nid pobl yw llygod, ac mae'r awduron eu hunain yn tynnu sylw at wahaniaethau rhwng rhywogaethau. Dylai unrhyw un sy'n cynllunio gwaith dilynol bwyso a mesur sut mae canfyddiadau microglia yn trosglwyddo rhwng modelau cyn tybio bod y llwybr yn ymddwyn yn union yr un fath mewn meinwe ddynol.

Mae goblygiad ymarferol yn dilyn o ran amseru. Mae canlyniad yr astrocytau yn cosbi rhoi dos yn gynnar ac yn gwobrwyo rhoi dos yn ystod adferiad. Daw canlyniadau'r microglia o roi dos o gwmpas y sbardun llidiol. Mae anaf i'r ymennydd mewn bywyd go iawn yn cymysgu'r ddau gyfnod ar unwaith: methiant egni ynghyd â rhybudd imiwnedd, yn esblygu dros oriau. Ni all arbrawf sy'n ynysu un cyfnod bennu'r amserlen ar gyfer yr achos cyfunol, a dyna pam mae trafodaethau am ffenestri rhoi dos yn cadw llinellau amser amddifadu a llid ar wahân.

Mae'r crynodeb gonest yn ffitio mewn un paragraff. Mewn astrocytau wedi'u hynysu, mae glas methylen a roddir yn ystod ailocsigeneiddio yn ailddechrau resbiradaeth ac yn achub celloedd. Mewn microglia sy'n cael eu herio â darn bacteriol, mae'n gwrthdroi rhaglen fetabolaidd lid drwy lwybr PHD3 penodol ac yn cadw'r siâp gorffwysol. Mae pob canlyniad yn ddilys o fewn amodau ei arbrawf, ac nid yw'r naill na'r llall yn ddyfarniad cyffredinol ar lid yn yr ymennydd. Mae'r gymhariaeth glial yn ddefnyddiol yn union oherwydd ei bod yn atal y ddwy stori rhag ymdoddi'n un.