მეთილენის ლურჯი და ტვინის დამხმარე უჯრედები: ასტროციტები, მიკროგლია და ანთება

წარმოიდგინეთ, რომ ერთი და იმავე ლურჯი საღებავით ორ ექსპერიმენტს ატარებთ და ორ დამაიმედებელ შედეგს იღებთ. ერთ ლაბორატორიულ ჭურჭელში ვარსკვლავისებრი დამხმარე უჯრედები ჟანგბადისა და გლუკოზის დაკარგვას გადაურჩებიან. მეორეში ტვინის იმუნური უჯრედები ბაქტერიული ტოქსინის მიუხედავად ინარჩუნებენ მშვიდ, დატოტვილ ფორმას. მაცდურია ამ ორი შედეგის ერთ მტკიცებად გაერთიანება: საღებავი ტვინში ანთებას აცხრობს და ტვინს იცავს. სწორედ ამ გაერთიანებისას უნდა შეჩერდეს ყურადღებიანი მკითხველი და დაფიქრდეს.

ტვინს დამხმარე უჯრედების ორი პოპულაცია აქვს, რომელთა ამოცანები განსხვავდება, და მეთილენის ლურჯი თითოეულს განსხვავებული ექსპერიმენტული გამომწვევის პირობებში ხვდება. ასტროციტები მეტაბოლური მხარდაჭერის უჯრედებია. ისინი სისხლძარღვებსა და ნეირონებს შორის მდებარეობენ, აშორებენ ჭარბ გლუტამატს, აბალანსებენ კალიუმის დონეს, ინახავენ გლიკოგენს და მოთხოვნის მკვეთრი ზრდისას ნეირონებს ენერგიის წყაროს აწვდიან. მიკროგლია ადგილობრივი იმუნური მეთვალყურეა. მისი წვრილი მორჩები ქსოვილს აკვირდებიან, ბაქტერიულ და დაზიანების სიგნალებს ამოიცნობენ და განგაშისას იკუმშებიან, რის შედეგადაც უჯრედი იღებს მომრგვალებულ ამებოიდურ ფორმას, რომელიც მიგრაციასა და შთანთქმას ემსახურება; ამავდროულად ის სასიგნალო მოლეკულებს გამოყოფს. ერთ პოპულაციაში მიღებული შედეგი მეორეზე არ ვრცელდება, ხოლო თითოეულ შემთხვევაში გამოყენებული გაზომვა განსაზღვრავს, თუ რა აჩვენა ექსპერიმენტმა სინამდვილეში.

ასტროციტები მეტაბოლური სტრესის პირობებში: მთავარი შედეგი დროითი ეტაპია

ასტროციტებზე ექსპერიმენტი ჟანგბადისა და გლუკოზის შეზღუდვით იწყება. მკვლევრებმა ახალშობილი თაგვების ქერქიდან აღებული ასტროციტები კულტურაში გაზარდეს, ექვსი საათით მოაშორეს გლუკოზა და თითქმის მთელი ჟანგბადი, შემდეგ კი ორივე ოცდაოთხი საათით აღადგინეს. ეს ინსულტისა და შემდგომი რეპერფუზიის ლაბორატორიული მოდელია. როდესაც მეთილენის ლურჯი შეზღუდვის ეტაპზე იყო დამატებული, უჯრედების გადარჩენის მაჩვენებელი გაუარესდა. როდესაც ის მხოლოდ ჟანგბადის მიწოდების აღდგენის ეტაპზე, 0.1 და 1 მიკრომოლარული კონცენტრაციებით დაამატეს, კალცეინით სიცოცხლისუნარიანობის შეფასებამ გადარჩენის მაჩვენებლის მნიშვნელოვანი გაუმჯობესება აჩვენა. თაგვის ასტროციტების კვლევაში ეს დროითი განსხვავება უჯრედული სუნთქვის მონაცემებთან ერთადაა აღწერილი.

ყველაზე მნიშვნელოვანი მიგნება სწორედ ეს განსხვავებაა. შეზღუდვის დროს თითქმის არ არის ჟანგბადი, რომელიც ელექტრონებს მიიღებს, ამიტომ ელექტრონების გადამტანს მათი მიწოდების ადგილი არ აქვს. ჟანგბადის მიწოდების აღდგენისას მექანიზმი კვლავ იწყებს მუშაობას და საღებავს შესასრულებელი ფუნქცია უჩნდება. მეთილენის ლურჯით დამუშავებული ასტროციტები მეტ ჟანგბადს მოიხმარდნენ, მეტ გლუკოზას ითვისებდნენ, მეტ ATP-ს წარმოქმნიდნენ და გლიკოგენის მარაგებს აღადგენდნენ; ამასთან, ჰექსოკინაზის აქტივობა უფრო მაღალი იყო, მიტოქონდრიული სუპეროქსიდის დონე კი არ იზრდებოდა. შემოთავაზებული ახსნა ემთხვევა იმას, რაც აღწერილია მეთილენის ლურჯის, როგორც მიტოქონდრიული ელექტრონების გადამტანის, განხილვაში: ის ელექტრონებს სასუნთქი ჯაჭვის დაბლოკილი მონაკვეთების გვერდის ავლით გადააქვს, რათა სუნთქვა გამართულად აღდგეს და ელექტრონები რეაქტიული ნაწილაკების წარმოქმნისკენ არ გადაიხაროს.

ყურადღება მიაქციეთ, რა სახის მტკიცებულებაა ეს. ეს არის გადარჩენისა და მეტაბოლიზმის შედეგი ერთ იზოლირებულ უჯრედულ ტიპში, განსაზღვრული ეფექტური დროითი ფანჯრით — აღდგენის და არა შეზღუდვის ეტაპით — და განსაზღვრული კონცენტრაციების დიაპაზონით. ის არაფერს ამბობს იმუნურ სიგნალიზაციაზე და არაფერს ამბობს ქცევაზე.

მიკროგლია ბაქტერიული განგაშის პირობებში: გადაპროგრამებული მეტაბოლიზმი

მიკროგლიაზე ექსპერიმენტები საპირისპირო გამომწვევით იწყება: არა შიმშილით, არამედ ცრუ ინფექციით. ლიპოპოლისაქარიდი, ბაქტერიის გარე მემბრანის ფრაგმენტი, თანდაყოლილი იმუნიტეტის სენსორებს უკავშირდება და მიკროგლიას აფიქრებინებს, რომ პათოგენები გამოჩნდნენ, მიუხედავად იმისა, რომ ცოცხალი ბაქტერიები არ არის. ლიპოპოლისაქარიდის მიმღებ თაგვებსა და კულტივირებულ მიკროგლიურ უჯრედულ ხაზში შედეგი ნაცნობი ანთებითი პროგრამაა: ანთების ხელშემწყობი ფაქტორების დონე იზრდება, მიკროგლია აგრესიული M1 მდგომარეობისკენ პოლარიზდება, მეზობელი ნეირონები იღუპებიან და ცხოველები სწავლისა და მეხსიერების ამოცანებს უარესად ასრულებენ.

თაგვებზე ჩატარებული კვლევა ამ რეაქციას ჟანგბადის აღმქმელ სასიგნალო გზას უკავშირებს: ლიპოპოლისაქარიდი ზედა რგოლში არსებული Siah2/Morg1 ჯაჭვის მეშვეობით იწვევს PHD3-ის — პროლილჰიდროქსილაზის სამი ფერმენტიდან ერთ-ერთის — ჭარბ ექსპრესიას. ამავე დროს უჯრედები ენერგიის გამოყენებას აერობული გლიკოლიზისკენ გადააწყობენ და მიტოქონდრიული ჟანგბადის რეაქტიული ფორმების დონე იზრდება. ავტორებმა ეს ცვლილება უშუალოდ გაზომეს Seahorse-ის მეტაბოლური ტესტებით, რომლებიც ჟანგბადის მოხმარებასა და უჯრედგარე გარემოს დამჟავებას აფასებს. მეთილენის ლურჯმა უკუაქცია როგორც მეტაბოლური ცვლილება, ისე PHD3-ის ჭარბი ექსპრესია, შეამცირა ანთებითი ფაქტორები და ნეირონების სიკვდილი და გააუმჯობესა ქცევითი შეფასებების მაჩვენებლები. პოზიტრონულ-ემისიურმა ტომოგრაფიამ ვიზუალიზაციის მონაცემებიც დაამატა: FDG-PET-ზე ლიპოპოლისაქარიდი ჰიპოკამპში გლუკოზის ათვისებას ზრდიდა, ხოლო დამუშავებამ ეს მაჩვენებელი კვლავ შეამცირა, რაც ცოცხალ ტვინში ანთებასთან დაკავშირებული მეტაბოლიზმის ჩაცხრობას შეესაბამება.

ეს გაზომვების უფრო მრავალმხრივი ნაკრებია, ვიდრე ასტროციტების კვლევაში — ციტოკინები, მეტაბოლიზმი, ვიზუალიზაცია და ცხოველების ქცევა — თუმცა ის განსხვავებულ გამომწვევსა და განსხვავებულ უჯრედს ეხება. ამ ორი კვლევის შედარებისას მკითხველმა გამომწვევები ერთმანეთისგან უნდა განასხვაოს: ერთი კვლევა აღდგენის ეტაპზე შიმშილის პირობებში მყოფ დამხმარე უჯრედებს გადაარჩენს, მეორე კი იმუნურ უჯრედებში ინფექციის ცრუ განგაშს ასუსტებს.

მიკროგლია მიკროსკოპის ქვეშ: ფორმა, როგორც მაჩვენებელი

მესამე ექსპერიმენტი იმავე ბაქტერიულ განგაშს მხოლოდ ფორმის მიხედვით აფასებს. ვირთაგვის ქერქიდან მიღებულ გლიურ კულტურებში IBA1 მარკერზე შეღებილ საკონტროლო მიკროგლიის უჯრედებს მრავალი წვრილი მორჩი აქვთ — ეს დატოტვილი, მეთვალყურე ფორმაა. ლიპოპოლისაქარიდის 10 მიკროგრამი მილილიტრზე კონცენტრაციით ოცდაოთხსაათიანი ზემოქმედების შემდეგ უჯრედები ბრტყელდებიან და ამებოიდურ ფორმას იღებენ; მათი სხეულის ფართობი იზრდება, პერიმეტრი კი დაახლოებით უცვლელი რჩება, რაც მომრგვალების გეომეტრიული ნიშანია. ტოქსინთან ერთად დამატებულმა მეთილენის ლურჯმა, 1 მიკრომოლარული კონცენტრაციით, დატოტვილი მორჩები შეინარჩუნა და სხეულის ფართობი და პერიმეტრი საკონტროლო მნიშვნელობებთან ახლოს დატოვა. ვირთაგვის უჯრედულ კულტურაზე ჩატარებული კვლევა ფორმის ამ შენარჩუნებას უჯრედის სხეულის ფართობისა და პერიმეტრის გაზომვებით რაოდენობრივად აფასებს.

ორი დეტალი ამ კვლევას უბრალო სურათზე მეტ მნიშვნელობას ანიჭებს. პირველი: შესადარებელმა ნაერთმა მენადიონმა, სხვა ჟანგვა-აღდგენითად აქტიურმა მოლეკულამ იმავე კონცენტრაციით, ფორმა ვერ შეინარჩუნა და დამოუკიდებლადაც კი უჯრედები გააქტიურებული ფორმისკენ უბიძგა. შესაბამისად, ეს ეფექტი ყველა ჟანგვა-აღდგენით ციკლში მონაწილე ნაერთის ზოგადი თვისება არ არის. მეორე: ავტორები საღებავის ეფექტს უკავშირებენ Nrf2-ის გააქტიურებას — ტრანსკრიფციული ფაქტორის პროგრამას, რომელიც ანტიოქსიდანტური და ანთების საწინააღმდეგო გენების მუშაობას მართავს — და არა მხოლოდ რეაქტიული ნაწილაკების უშუალო განეიტრალებას. ჟანგვა-აღდგენითი და ანთებითი სიგნალიზაციის შესაბამისი განხილვა Nrf2-თან ამ კავშირს კონტექსტში ათავსებს.

მიუხედავად ამისა, ამ სამი მაჩვენებლიდან ფორმა ყველაზე ნაკლებ ინფორმაციას იძლევა. დატოტვილი უჯრედი, ჩვეულებრივ, მეთვალყურე უჯრედია, მომრგვალებული კი — გააქტიურებული, მაგრამ მორფოლოგია ირიბი მაჩვენებელია და არა უშუალო ჩანაწერი. ამ კულტურაში არ იყო სისხლიდან მოსული იმუნური უჯრედები, ნერვული წრედები ან ქცევითი გამოვლინებები.

სამი შედეგის ერთმანეთის გვერდით განხილვა

ამ სტრიქონებში საერთო კანონზომიერება ისაა, რომ თითოეულ გამომწვევს თავისი გაზომვა და თავისი პასუხი აქვს. მეტაბოლური აღდგენა მეტაბოლიზმის საკითხს პასუხობს. ციტოკინებისა და ქცევის მონაცემები ანთების საკითხს პასუხობს. ფორმა ფორმის საკითხს პასუხობს. ამ სამიდან არცერთი თავისთავად არ ვრცელდება სხვა სფეროზე.

რას არ ამტკიცებს უფრო მშვიდად მოჩანებული მიკროგლია

მთელ ამ თემას ერთი აუცილებელი წინადადება სჭირდება: მიკროგლიის ნაკლებად გააქტიურებული იერი ან მისი მეტაბოლიზმის ცვლილება თავისთავად არ ამტკიცებს ტვინის ფუნქციის გაუმჯობესებას.

მორფოლოგია შეიძლება შეიცვალოს ისე, რომ ფუნქცია არ შეიცვალოს. უჯრედმა შეიძლება მორჩები შეინარჩუნოს და მაინც გამოყოფდეს ციტოკინებს, ან მომრგვალდეს და ამავდროულად ნარჩენების სასარგებლო გაწმენდას ახორციელებდეს. მეტაბოლურ მაჩვენებლებსაც იგივე შეზღუდვა აქვს: Seahorse-ის მრუდი ან PET-სკანირება ენერგიის მართვას აჩვენებს და არა შემეცნებით ფუნქციას. თაგვებზე ჩატარებული კვლევა, რომელმაც მეტაბოლური და ფორმასთან დაკავშირებული მაჩვენებლები ქცევით ტესტებს შეუთავსა, სწორედ იმიტომაა უფრო ძლიერი, რომ მტკიცებულების რამდენიმე დონე გააერთიანა და დასკვნის გამოტანა ერთ გაზომვას არ დააკისრა. თუმცა აქაც ჩვეულებრივი შეზღუდვები მოქმედებს: ლიპოპოლისაქარიდი სტერილური განგაშის და არა ნამდვილი ინფექციის მოდელია, თაგვები ადამიანები არ არიან და სახეობებს შორის განსხვავებებს თავად ავტორებიც აღნიშნავენ. შემდგომი კვლევის დაგეგმვისას უნდა შეფასდეს, რამდენად ვრცელდება მიკროგლიის შესახებ მიგნებები სხვადასხვა მოდელზე, სანამ ვივარაუდებთ, რომ ეს სასიგნალო გზა ადამიანის ქსოვილშიც იდენტურად მოქმედებს.

აქედან დროის შერჩევასთან დაკავშირებული პრაქტიკული დასკვნაც გამომდინარეობს. ასტროციტების კვლევაში ადრეული დამატება საზიანო აღმოჩნდა, აღდგენის ეტაპზე დამატება კი — სასარგებლო. მიკროგლიის შედეგები მიღებულია ნივთიერების ანთების გამომწვევის მოქმედების პერიოდთან ახლოს დამატებისას. რეალურ ცხოვრებაში ტვინის დაზიანებისას ორივე ეტაპი ერთდროულად ერთიანდება: ენერგიის უკმარისობა და იმუნური განგაში, რომლებიც საათების განმავლობაში ვითარდება. ექსპერიმენტი, რომელიც ერთ ეტაპს გამოყოფს, მათი ერთობლივი შემთხვევისთვის გამოყენების განრიგს ვერ განსაზღვრავს. სწორედ ამიტომ გამოყენების დროითი ფანჯრების განხილვისას შეზღუდვისა და ანთების დროით მიმდინარეობას ერთმანეთისგან განასხვავებენ.

კეთილსინდისიერი შეჯამება ერთ აბზაცში ეტევა. იზოლირებულ ასტროციტებში ჟანგბადის მიწოდების აღდგენისას დამატებული მეთილენის ლურჯი სუნთქვას აღადგენს და უჯრედებს გადაარჩენს. ბაქტერიული ფრაგმენტით სტიმულირებულ მიკროგლიაში ის PHD3-ის კონკრეტული სასიგნალო გზის მეშვეობით უკუაქცევს ანთებით მეტაბოლურ პროგრამას და მოსვენების მდგომარეობის ფორმას ინარჩუნებს. თითოეული შედეგი თავისი ექსპერიმენტული პირობების ფარგლებში რეალურია, თუმცა არცერთი არ წარმოადგენს ზოგად დასკვნას ტვინის ანთების შესახებ. გლიური უჯრედების შედარება სწორედ იმიტომაა სასარგებლო, რომ ამ ორი ამბის ერთ ამბად შერწყმას არ გვაძლევს.