Metüleensinine ja aju tugirakud: astrotsüüdid, mikrogliia ja põletik

Oletame, et teete sama sinise värvainega kaks katset ja saate kaks julgustavat tulemust. Ühes katseanumas jäävad tähekujulised tugirakud hapniku- ja glükoosipuuduse korral ellu. Teises säilitavad aju immuunrakud bakteriaalsest toksiinist hoolimata oma rahuliku, harunenud kuju. On ahvatlev ühendada need tulemused üheks väiteks: värvaine leevendab ajupõletikku ja kaitseb aju. Just selle ühendamise juures peaks tähelepanelik lugeja hoo maha võtma.

Ajus on kaks eri ülesannetega tugirakkude populatsiooni ning metüleensinist uuritakse kummagi puhul erineva katselise vallandaja kaudu. Astrotsüüdid on ainevahetust toetavad rakud. Need paiknevad veresoonte ja neuronite vahel, eemaldavad liigset glutamaati, tasakaalustavad kaaliumitaset, talletavad glükogeeni ning toimetavad vajaduse järsul suurenemisel neuronitele kütust. Mikrogliia rakud on ajus paiknevad immuunvalvurid. Nende peened jätked jälgivad kude ning tuvastavad bakteriaalseid ja kahjustussignaale. Häire korral tõmbuvad jätked tagasi ning rakud võtavad ümara amöboidse kuju, mis sobib liikumiseks ja materjali neelamiseks, vabastades samal ajal signaalmolekule. Ühes populatsioonis saadud tulemus ei kandu üle teisele ning kummalgi juhul kasutatud mõõtmine määrab, mida tegelikult näidati.

Astrotsüüdid metaboolse stressi all: määrav tulemus on ajastus

Astrotsüütide katse algab hapniku ja glükoosi äravõtmisega. Teadlased kasvatasid vastsündinud hiirte ajukoorest pärit astrotsüüte, eemaldasid kuueks tunniks glükoosi ja peaaegu kogu hapniku ning taastasid seejärel mõlemad kahekümne neljaks tunniks. See on insuldi ja sellele järgneva reperfusiooni laborimudel. Kui metüleensinine oli olemas puudusfaasis, vähenes rakkude ellujäämine. Kui seda lisati alles taashapnikustamise faasis kontsentratsioonidel 0.1 ja 1 mikromooli liitri kohta, paranes ellujäämine kaltseiinil põhineva eluvõimelisuse testi järgi oluliselt. Hiire astrotsüütide uuringus kirjeldatakse seda ajastusest sõltuvat erinevust koos rakuhingamise andmetega.

Just see erinevus on kõige olulisem leid. Puudusfaasis pole peaaegu üldse hapnikku, mis saaks elektrone vastu võtta, seega pole elektronide vahendajal neid kuhugi toimetada. Taashapnikustamise ajal käivitub rakumehhanism uuesti ning värvainel tekib ülesanne. Metüleensinisega töödeldud astrotsüüdid tarbisid rohkem hapnikku, omastasid rohkem glükoosi, tootsid rohkem ATP-d ja taastasid glükogeenivarusid. Seejuures suurenes heksokinaasi aktiivsus, kuid mitokondriaalse superoksiidi tase ei tõusnud. Pakutud selgitus on tuttav käsitlusest, mis kirjeldab metüleensinist mitokondriaalse elektronide kandjana: see toimetab elektrone hingamisahela blokeeritud kohtadest mööda, nii et rakuhingamine taaskäivitub ilma elektronide lekketa, mis tekitaks reaktiivseid ühendeid.

Pange tähele, mis laadi tõendiga on tegu. See on ühe isoleeritud rakutüübi ellujäämist ja ainevahetust puudutav tulemus, mille puhul on määratletud nii toimiv ajavahemik — taastumine, mitte puudusfaas — kui ka kontsentratsioonivahemik. See ei ütle midagi immuunsignaalide ega käitumise kohta.

Mikrogliia bakteriaalse häire korral: ümberprogrammeeritud ainevahetus

Mikrogliia katsed algavad vastupidisest vallandajast: mitte toitainete puudusest, vaid näilisest nakkusest. Lipopolüsahhariid, bakterite välismembraani fragment, seondub kaasasündinud immuunsuse sensoritega ja annab mikrogliiale märku, nagu oleksid saabunud haigustekitajad, kuigi elusaid baktereid pole. Lipopolüsahhariidi saanud hiirtel ja kultiveeritud mikrogliia rakuliinis tekib tuttav põletikuprogramm: põletikku soodustavate tegurite tase tõuseb, mikrogliia polariseerub agressiivse M1-seisundi suunas, naaberneuronid surevad ning loomad saavad õppimis- ja mäluülesannetes kehvemaid tulemusi.

Seda vastust käsitlev hiireuuring seostab selle hapnikku tajuvate signaaliradadega: lipopolüsahhariid põhjustab ühe kolmest prolüülhüdroksülaasi ensüümist, PHD3, üleekspressiooni ülesvoolu paikneva Siah2/Morg1 ahela kaudu. Samal ajal programmeerivad rakud oma energiakasutuse ümber aeroobse glükolüüsi suunas ning mitokondriaalsete reaktiivsete hapnikuühendite tase tõuseb. Autorid mõõtsid seda muutust otse Seahorse'i ainevahetustestidega, mis hindavad hapnikutarbimist ja rakuvälise keskkonna hapestumist. Metüleensinine pööras tagasi nii ainevahetusnihke kui ka PHD3 üleekspressiooni, vähendas põletikutegureid ja neuronite surma ning parandas käitumistestide tulemusi. Positronemissioontomograafia lisas pildipõhise tõendikihi: lipopolüsahhariid suurendas FDG-PET-uuringus hipokampuse glükoosi omastamist ning ravi vähendas seda taas. See on kooskõlas rahulikuma põletikulise ainevahetusega elusas ajus.

See mõõtmiste kogum on astrotsüütide uuringu omast mitmekesisem: see hõlmab tsütokiine, ainevahetust, piltdiagnostikat ja loomade käitumist. Kuid see puudutab teistsugust vallandajat ja teistsugust rakku. Neid kahte võrreldes tuleks vallandajad lahus hoida: üks uuring aitab toitainete puuduses olnud tugirakkudel taastumisfaasis ellu jääda, teine summutab immuunrakkudes ekslikku nakkushäiret.

Mikrogliia mikroskoobi all: kuju kui mõõdetav näitaja

Kolmas katse vaatleb sama bakteriaalset häiret üksnes kuju kaudu. Roti ajukoorest pärit gliiarakkude kultuurides on kontrollrühma mikrogliia rakkudel, mida on värvitud IBA1 markeri suhtes, palju peeneid jätkeid — see on harunenud valveseisundi kuju. Pärast kahekümne nelja tunni pikkust kokkupuudet lipopolüsahhariidiga kontsentratsioonil 10 mikrogrammi milliliitri kohta lamenevad rakud amöboidsesse vormi. Nende rakukeha pindala suureneb, kuid ümbermõõt jääb ligikaudu samaks: see on ümardumise geomeetriline tunnus. Toksiiniga samal ajal lisatud metüleensinine kontsentratsioonil 1 mikromool liitri kohta säilitas harunenud jätked ning hoidis rakukeha pindala ja ümbermõõdu kontrollväärtuste lähedal. Roti rakukultuuri uuring mõõdab seda kuju säilimist rakukeha pindala ja ümbermõõdu kaudu.

Kaks üksikasja annavad sellele uuringule rohkem kaalu kui pelgale pildile. Esiteks ei säilitanud võrdlusaine menadioon, teine sama kontsentratsiooniga redoksaktiivne molekul, rakkude kuju ning suunas rakud ka üksinda aktiveeritud vormi poole. Seega pole see toime kõigi redokstsüklis osalevate ainete üldine omadus. Teiseks seostavad autorid värvaine toimet Nrf2 aktiveerimisega — transkriptsioonifaktorist sõltuva programmiga, mis juhib antioksüdantsete ja põletikuvastaste geenide avaldumist —, mitte üksnes reaktiivsete ühendite otsese neutraliseerimisega. Redoksprotsesse ja põletikusignaale käsitlevad seotud materjalid aitavad seda Nrf2 seost konteksti asetada.

Kuju on siiski neist kolmest kõige piiratum näitaja. Harunenud rakk on tavaliselt valveseisundis ja ümar rakk tavaliselt aktiveeritud, kuid morfoloogia on kaudne näitaja, mitte transkriptsiooniprofiil. Selles kultuuris polnud verest pärinevaid immuunrakke, närvivõrgustikke ega käitumuslikku väljundit.

Kolme tulemuse kõrvutamine

Ridu ühendab põhimõte, et igal vallandajal on oma mõõtmine ja oma vastus. Ainevahetuse taastumine vastab ainevahetuse küsimusele. Tsütokiini- ja käitumisandmed vastavad põletiku küsimusele. Kuju vastab kuju küsimusele. Ükski neist kolmest ei anna iseseisvalt vastust teise valdkonna küsimusele.

Mida rahulikumana näiv mikrogliia ei tõesta

Kogu teema vajab järgmist lauset: vähem aktiveerituna näiv mikrogliia või mikrogliia muutunud ainevahetus ei tõesta iseenesest aju talitluse paranemist.

Morfoloogia võib muutuda ilma, et funktsioon sellega kaasa muutuks. Rakk võib säilitada oma jätked ja ikkagi vabastada tsütokiine või ümarduda, tehes samal ajal kasulikku rakujäänuste koristustööd. Ainevahetusnäitudel on sama piirang: Seahorse'i mõõtekõver või PET-uuring näitab energiaga ümberkäimist, mitte tunnetusvõimet. Hiireuuring, milles ühendati ainevahetuse ja kuju laadsete näitajate mõõtmised käitumistestidega, on tugevam just seetõttu, et see koondas eri tasandite tõendeid, selle asemel et lasta ühel mõõtmisel kogu järeldust kanda. Ka seal kehtivad tavapärased piirangud: lipopolüsahhariid modelleerib steriilset häirereaktsiooni, mitte tegelikku nakkust, hiired ei ole inimesed ning autorid ise juhivad tähelepanu liikidevahelistele erinevustele. Jätku-uuringute kavandamisel tuleks hinnata, kuivõrd on mikrogliiat puudutavad leiud eri mudelite vahel ülekantavad, enne kui eeldada, et signaalirada käitub inimkoes täpselt samamoodi.

Sellest tuleneb praktiline järeldus ajastuse kohta. Astrotsüütide uuringus mõjus varajane manustamine halvasti, taastumisfaasis manustamine aga hästi. Mikrogliia tulemused pärinevad manustamisest põletikulise vallandaja toime ajal või selle lähedal. Tegelik ajukahjustus ühendab mõlemad faasid korraga: energiapuuduse ja immuunhäire, mis arenevad tundide jooksul. Üht faasi eraldav katse ei saa määrata manustamise ajakava olukorraks, kus mõlemad esinevad koos. Seetõttu hoitakse manustamisajavahemikke käsitledes puuduse ja põletiku ajajooned lahus.

Aus kokkuvõte mahub ühte lõiku. Isoleeritud astrotsüütides taaskäivitab taashapnikustamise ajal lisatud metüleensinine rakuhingamise ja aitab rakkudel ellu jääda. Bakteriaalse fragmendiga mõjutatud mikrogliias pöörab see konkreetse PHD3 signaaliraja kaudu tagasi põletikulise ainevahetusprogrammi ja säilitab puhkeoleku kuju. Iga tulemus kehtib oma katsekorralduse piires ning kumbki ei anna üldist hinnangut ajupõletiku kohta. Gliiarakkude võrdlus on kasulik just seetõttu, et see ei lase kahel eri lool üheks sulanduda.