Συνομιλία μεταξύ νευρώνων και νευρογλοιακών κυττάρων σε οξειδωτικό τραυματισμό και νευροπροστασία Μέρος 2

3. Αστροκύτταρα

3.1. Αστροκύτταρα στον Εγκέφαλο

Τα αστροκύτταρα είναι τα πιο δυναμικά και άφθονα ανθρώπινα εγκεφαλικά κύτταρα που είναι υπεύθυνα για τη διατήρηση της ομοιόστασης του εγκεφάλου. Τα αστροκύτταρα ονομάζονται εδαφικά κύτταρα και έχουν πολλές εκτεταμένες διεργασίες που επικοινωνούν με γειτονικά κύτταρα. Έτσι, σχηματίζουν οργανωμένες ανατομικές περιοχές με συναφή λειτουργικά συγκυτία [26].

Τα αστροκύτταρα είναι ένας βασικός τύπος κυττάρων στον εγκέφαλο. Αυτά τα κύτταρα είναι υπεύθυνα για την προστασία και την υποστήριξη των νευρώνων και τη διατήρηση της φυσιολογικής λειτουργίας ολόκληρου του νευρικού συστήματος. Τα τελευταία χρόνια, όλο και περισσότερες μελέτες έχουν δείξει ότι τα αστροκύτταρα σχετίζονται επίσης στενά με το σχηματισμό και τη διατήρηση της ανθρώπινης μνήμης.

Η έρευνα έχει βρει ότι τα αστροκύτταρα μπορούν να επηρεάσουν τις συναπτικές συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων, επηρεάζοντας έτσι τον σχηματισμό και την αποθήκευση των αναμνήσεων. Αυτά τα νευρογλοιακά κύτταρα μπορούν επίσης να αφαιρέσουν σκουπίδια και άλλες επιβλαβείς ουσίες από τους νευρώνες. Διατηρώντας την υγεία του νευρικού συστήματος, βοηθούν επίσης στη βελτίωση της μνήμης μας.

Επιπλέον, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι τα αστροκύτταρα παράγουν ένα μόριο που ονομάζεται FGF2, το οποίο παίζει σημαντικό ρόλο στη βελτίωση της μάθησης και της μνήμης. Πειράματα διαπίστωσαν ότι η αύξηση της περιεκτικότητας σε FGF2 στα αστροκύτταρα μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη μαθησιακή ικανότητα και τη μνήμη των ποντικών.

Ακόμη πιο συναρπαστικό, ορισμένες μελέτες έχουν δείξει ότι η διατήρηση ενός υγιεινού τρόπου ζωής μπορεί να προωθήσει την ανάπτυξη και τη λειτουργία των αστροκυττάρων. Για παράδειγμα, η τακτική άσκηση, η υγιεινή διατροφή και ο επαρκής ύπνος μπορούν να προάγουν την ανάπτυξη και τη λειτουργία των αστροκυττάρων, τα οποία μπορούν να βοηθήσουν στη βελτίωση της μνήμης μας.

Επομένως, αν και ορισμένοι δυσμενείς παράγοντες στη ζωή, όπως η υπερβολική κατανάλωση αλκοόλ ή η χρήση ορισμένων φαρμάκων, θα επηρεάσουν την ανάπτυξη και τη λειτουργία των αστροκυττάρων, υπάρχουν ακόμη πολλά μέτρα που μπορούμε να λάβουμε για να βελτιώσουμε τη λειτουργία τους. Εφόσον διατηρούμε μια θετική στάση και ζούμε όσο το δυνατόν πιο υγιεινά, μπορούμε ενδεχομένως να έχουμε ισχυρότερες αναμνήσεις και καλύτερη νευρολογική υγεία. Μπορεί να φανεί ότι πρέπει να βελτιώσουμε τη μνήμη και το Cistanche deserticola μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη μνήμη, επειδή το Cistanche deserticola έχει αντιοξειδωτικά, αντιφλεγμονώδη και αντιγηραντικά αποτελέσματα, τα οποία μπορούν να βοηθήσουν στη μείωση της οξείδωσης και των φλεγμονωδών αντιδράσεων στον εγκέφαλο, προστατεύοντας έτσι τον υγεία του νευρικού συστήματος. Επιπλέον, το Cistanche deserticola μπορεί επίσης να προωθήσει την ανάπτυξη και την επισκευή των νευρικών κυττάρων, ενισχύοντας έτσι τη συνδεσιμότητα και τη λειτουργία των νευρωνικών δικτύων. Αυτά τα αποτελέσματα μπορούν να βοηθήσουν στη βελτίωση της μνήμης, της μάθησης και της ταχύτητας σκέψης και μπορεί επίσης να αποτρέψουν την ανάπτυξη γνωστικής δυσλειτουργίας και νευροεκφυλιστικών ασθενειών.

Κάντε κλικ στο Γνωρίζω για να βελτιώσετε τη βραχυπρόθεσμη μνήμη

Τα αστροκύτταρα προβάλλουν αγγειακές διεργασίες (αστροκυτταρικά άκρα πόδια) σε ενδοπαρεγχυματικά αιμοφόρα αγγεία και περιβάλλουν τις επιφάνειες των αγγείων για να ελέγξουν την κίνηση των μορίων και των κυττάρων μεταξύ του αγγειακού διαμερίσματος και του εγκεφάλου [27].

Τα ανθρώπινα αστροκύτταρα ταξινομούνται συνήθως σε τέσσερις υποδιαιρέσεις με βάση τη νευροανατομία τους [28]. Πρώτον, τα ενδιάμεσα αστροκύτταρα έχουν στρογγυλό κυτταρικό σώμα και σύντομες διεργασίες και βρίσκονται στο στρώμα Ι του φλοιού. Δεύτερον, τα πρωτοπλασμακαστροκύτταρα βρίσκονται στη φαιά ουσία και βρίσκονται στα στρώματα II–VI του φλοιού. Είναι τα πιο άφθονα αστροκύτταρα και έχουν πολυάριθμες διεργασίες και θαμνώδη μορφολογία.

Τρίτον, τα αστροκύτταρα προβολής κιρσών βρίσκονται στα στρώματα V–VI και έχουν σύντομες ακανθώδεις διεργασίες με από μία έως πέντε μεγαλύτερες διεργασίες που μπορεί να λειτουργούν σε μακρινές επικοινωνίες εντός του φλοιού. Τέταρτον, τα ινώδη αστροκύτταρα βρίσκονται στη λευκή ουσία και είναι μεγαλύτερα κύτταρα που περιέχουν λιγότερες διεργασίες. Οι διεργασίες των ινωδών αστροκυττάρων στέλνουν πολυάριθμες επεκτάσεις για να έρθουν σε επαφή με ολιγοδενδρογλοία που τυλίγουν τους μυελινωμένους άξονες [29].

Τα αστροκύτταρα ταξινομούνται επίσης στους τύπους I-III σύμφωνα με τα μορφολογικά χαρακτηριστικά τους, όπως το μέγεθος του κυτταρικού σώματος, τον αριθμό των διεργασιών, το πάχος των διεργασιών, την κατεύθυνση των διεργασιών και τη διάρκεια των διεργασιών.

Τα ιαστροκύτταρα τύπου χαρακτηρίζονται από μικρό κυτταρικό σώμα και πολυάριθμες σύντομες διεργασίες. Τα αστροκύτταρα τύπου ΙΙ χαρακτηρίζονται από διπολικό σχήμα και μακριές διεργασίες. Τα αστροκύτταρα τύπου III χαρακτηρίζονται από σχήμα αστεριού και μακριές διεργασίες [30,31].

Η λειτουργία της αστροκυττάρωσης να βοηθά τους νευρώνες παίζοντας υποστηρικτικούς ρόλους στη συναπτική λειτουργία και στη ρύθμιση της νευροδιαβίβασης. Οι διαδικασίες των αστροκυττάρων περιβάλλουν τις συνάψεις και περιέχουν μια ποικιλία υποδοχέων για νευροδιαβιβαστές, κυτοκίνες, αυξητικούς παράγοντες και διαύλους ιόντων.

Τα αστροκύτταρα επηρεάζονται από την ενδοκυτταρική απελευθέρωση Ca2+ από το εξωκυτταρικό γλουταμινικό και διατηρούν τη θειονική ισορροπία των συνάψεων αυξάνοντας τα επίπεδα ενδοκυτταρικού Ca{1}} μετά την έκκριση πολυάριθμων γλοιοδιαβιβαστών, όπως το γλουταμινικό, οι πουρίνες, το GABA και η D-σερίνη. 32,33]Οι νευρώνες είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι σε μικρές αλλαγές στο μικροπεριβάλλον του εγκεφάλου, ακόμη και αν η μεταβολική τους κατανάλωση είναι υψηλή.

Ο ρόλος των αστροκυττάρων στον φυσιολογικό εγκέφαλο είναι η διατήρηση της εξωκυτταρικής ομοιόστασης μέσω πρόσληψης και ανακύκλωσης γλουταμικού, ρυθμιστικού διαλύματος K+, παροχής ενεργειακών υποστρωμάτων, ρύθμισης του pH και άμυνας έναντι του οξειδωτικού στρες [28].

3.2. Αστροκύτταρα σε οξειδωτική βλάβη

Τα αστροκύτταρα υπάρχουν σε κατάσταση ηρεμίας ή αντιδραστικής κατάστασης στον εγκέφαλο, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2. Τα αντιδραστικά αστροκύτταρα απελευθερώνουν φλεγμονώδεις κυτοκίνες συμπεριλαμβανομένων των TNF και ROS και σχηματίζουν γλοιακές ουλές που εμποδίζουν την αναγέννηση του άξονα και την ανάπτυξη νευρίτη [34-36].

Τα ενεργοποιημένα αστροκύτταρα συμβάλλουν στην ανάκτηση της εγκεφαλικής λειτουργίας μετά από τραυματισμό, αλλά μπορεί να είναι νευροτοξικά. Τα αντιδραστικά αστροκύτταρα απελευθερώνουν μονοξείδιο του αζώτου (ΝΟ) στον εξωκυτταρικό χώρο. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε νευρωνικό τραυματισμό και θάνατο αυξάνοντας την υπεροξείδωση των λιπιδίων, τη μιτοχονδριακή βλάβη και την πρόκληση θραύσεων του κλώνου DNA [37].

Το αστροκυτταρικό αντιοξειδωτικό σύστημα εξισορροπεί τα ROS (υπεροξείδια, υδροξυλικές ρίζες και μονοξείδιο του αζώτου) που παράγονται φυσικά κατά τον μεταβολισμό του οξυγόνου από το ΚΝΣ [38]. Το οξειδωτικό στρες στα αντιδραστικά αστροκύτταρα οδηγεί σε μακροπρόθεσμες επιδράσεις σε συγκεκριμένες πρωτεΐνες, συμπεριλαμβανομένων των κοννεξινών, των μεταφορέων γλουταμικού και των ενζύμων, τα οποία επηρεάζουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ αστροκυττάρων και νευρώνων [39].

Η πρόσληψη γλουταμικού από ένα αστροκύτταρο απαιτεί υψηλό επίπεδο ενέργειας, που χρειάζονται περισσότερα από ένα μόριο ATP για μία πρόσληψη γλουταμινικού. Ωστόσο, η έλλειψη ATP σχετίζεται με τους μηχανισμούς αποκλεισμού της γλουταμινικής πρόσληψης που προκαλείται από το ROS στα αστροκύτταρα [40,41]. Ο αποκλεισμός των μεταφορέων γλουταμινικού αστροκυττάρου αυξάνει τη νευροτοξικότητα ενισχύοντας τη νευρωνική διεγερσιμότητα και τη διεγερτική νευροδιαβίβαση [42].

Το οξειδωτικό στρες που δημιουργείται από τα αστροκύτταρα εμφανίζεται κυρίως μέσω του οξειδωτικού στρες που προέρχεται από μιτοχόνδρια, του οξειδωτικού στρες που προέρχεται από το NADPH και της παραγωγής RNS. Τα μιτοχόνδρια κατανέμονται στο κυτταρικό σώμα και στις λεπτές και μακροχρόνιες διεργασίες των αστροκυττάρων [43]. Η διαταραχή της μιτοχονδριακής λειτουργίας και η αύξηση του ROS στα αστροκύτταρα οδηγεί σε αστρογλοίωση. Το οξειδωτικό στρες που προέρχεται από το NADPH επηρεάζει σημαντικά τη φυσιολογική λειτουργία των αστροκυττάρων.

Μεταξύ της οικογένειας NOX, τα NOX2 και NOX4 είναι οι πιο άφθονα εκφραζόμενες ισομορφές NOX στο ΚΝΣ [43]. Το NOX4, αλλά όχι το NOX2 εκφράζεται στα αστροκύτταρα, και ακόμη και η χαμηλή έκφραση του NOX4 ρυθμίζει το οξειδωτικό στρες στα αστροκύτταρα [44,45].

Η παραγωγή αστροκυττάρων RNS επηρεάζει επίσης το οξειδωτικό στρες που προέρχεται από αστροκύτταρα. Οι κύριες ισομορφές NOS, συμπεριλαμβανομένων των νευρωνικών NOS που εξαρτώνται από Ca{1}}/καλμοδουλίνη, των ενδοθηλιακών NOS και του Ca{3}}ανεξάρτητου επαγώγιμου NOS, παρατηρούνται στα αστροκύτταρα [5,46]. Το αστροκυτταρικό ΝΟ οδηγεί σε νευρωνικό εκφυλισμό που προκαλείται από αστροκύτταρα και συσσώρευση υπεροξειδίου δισμουτάσης Cu-Zn (SOD1) στα αστροκύτταρα, που μπορεί να προκαλέσει ισχαιμική/επαναιμάτωση βλάβης του ΚΝΣ [47,48].

3.3. Αντιοξειδωτική άμυνα με αστροκύτταρα

Τα αστροκύτταρα είναι τα κύρια κύτταρα που διατηρούν την ομοιόσταση του γλουταμικού, η οποία επηρεάζει έμμεσα την ισορροπία του οξειδωτικού στρες, ρυθμίζοντας τα διεγερτικά αμινοξέα. Τα αστροκύτταρα επίσης προλαμβάνουν την διεγερτοτοξικότητα απελευθερώνοντας νευροτροφικούς παράγοντες, όπως ο νευροτροφικός παράγοντας που προέρχεται από τη νευρογλοιακή γραμμή (GDNF) και ο αυξητικός παράγοντας νεύρων (NGF), οι οποίοι υποστηρίζουν τη νευρωνική επιβίωση [39,49].

Για νευροπροστασία κατά τη διάρκεια του οξειδωτικού στρες, τα αστροκύτταρα παράγουν μια ποικιλία αντιοξειδωτικών μορίων, συμπεριλαμβανομένων των GSH, ασκορβικού και βιταμίνης Ε, και ενεργοποιούν ένζυμα αποτοξίνωσης ROS, όπως GSH S-τρανσφεράση, GSH υπεροξειδάση, αναγωγάση θειορεδοξίνης και καταλάση για τη βελτίωση της επιβίωσης των νευρώνων [26. 50,51]. Επιπλέον, τα αστροκύτταρα συμμετέχουν στη δέσμευση μετάλλων στον εγκέφαλο για να αποτρέψουν τη δημιουργία ελεύθερων ριζών από οξειδοαναγωγικά-ενεργά μέταλλα. Τα αστροκύτταρα εκφράζουν υψηλά επίπεδα μεταλλοθειονεϊνών και σερουλοπλασμίνης, τα οποία εμπλέκονται στη δέσμευση μετάλλων και στη διακίνηση ιόντων [52].

Τα αστροκύτταρα μπορούν να συνθέσουν το τριπεπτίδιο GSH με λιγάση γλουταμινικής κυστεΐνης και συνθετάση GSH. Τα αστροκύτταρα απελευθερώνουν GSH στον εξωκυτταρικό χώρο και οι νευρώνες προσλαμβάνουν την GSH απευθείας ή χρησιμοποιούν την εξωκυτταρική νευρωνική αμινοπεπτιδάση Ν για να σχηματίσουν γλυκίνη και κυστεΐνη [53].

Μειωμένη νευρωνική προστασία έναντι οξειδωτικής βλάβης παρατηρήθηκε σε αστροκύτταρα με εξάντληση GSH περιορίζοντας το υπόστρωμα για τη σύνθεση GSH στους νευρώνες [54]. Τα αστροκύτταρα αυξάνουν την ικανότητα να συνθέτουν GSH αυξάνοντας την ικανότητα πρόσληψης κυστεΐνης, ενισχύοντας έτσι τη νευροπροστατευτική δράση των αστροκυττάρων έναντι του οξειδωτικού στρες [5]. Ένας άλλος αντιοξειδωτικός αμυντικός μηχανισμός αστροκυττάρων είναι η ανακύκλωση του ασκορβικού, που μπορεί να καθαρίσει άμεσα τα ROS και να λειτουργήσει ως συμπαράγοντας για την ανακύκλωση της οξειδωμένης βιταμίνης E και GSH [2].

Αυτό το ανακυκλωμένο ασκορβικό χρησιμοποιείται ενδοκυτταρικά σε αστροκύτταρα και/ή απελευθερώνεται στον εξωκυτταρικό χώρο για να το χρησιμοποιήσουν οι νευρώνες για τον αντιοξειδωτικό αμυντικό μηχανισμό τους. Όταν το ασκορβικό οξύ εισέρχεται στους νευρώνες, αναστέλλει την κατανάλωση γλυκόζης και διεγείρει τη μεταφορά του γαλακτικού. Το ασκορβικό οξύ ρυθμίζει τη μετακίνηση αστροκυττάρου-γαλακτικού νευρώνα [55], και οι νευρώνες παράγουν γλουταμικό, το οποίο διεγείρει την απελευθέρωση ασκορβικού οξέος από τα αστροκύτταρα κατά τη διάρκεια της γλουταμινεργικής συναπτικής δραστηριότητας [56,57].

Στο μονοπάτι Nrf2-Keap1-ARE, ένα σημαντικό ενδογενές αντιοξειδωτικό σύστημα στο ΚΝΣ, ο επαγόμενος από το ROS παράγοντας μεταγραφής πυρηνικός παράγοντας ερυθροειδούς 2-σχετιζόμενος με τον παράγοντα 2 (Nrf2), ρυθμίζει το σύστημα GSH, το σύστημα θειορεδοξίνης και το SOD [58]. Το Nrf2 παράγεται και ουβικιτινοποιείται για αποικοδόμηση δεσμεύοντας την πρωτεΐνη 1 που σχετίζεται με την ECH παρόμοια με Kelch (Keap1) υπό βασικές συνθήκες [59].

Ωστόσο, η δέσμευση Keap1 με το Nrf2 αναστέλλεται από αυξημένες συνθήκες οξειδωτικού στρες και αυτό επιτρέπει στο Nrf2 να ξεφύγει από την αποικοδόμηση και να αλληλεπιδράσει με στοιχεία αντιοξειδωτικής απόκρισης (AREs) στους γονιδιακούς προαγωγούς [60,61].

Τα αστροκύτταρα εμφανίζουν υψηλότερα βασικά και διεγερμένα επίπεδα δέσμευσης ARE μέσω Nrf2 από τους νευρώνες [62]. Επιπλέον, η τριτοταγής βουτυλυδροκινόνη (tBHQ) ενεργοποιεί το Nrf2 και τα κατάντη αντιοξειδωτικά του ένζυμα, όπως το ανηγμένο συνένζυμο/οξειδορεδουκτάση της κινόνης1 (NQO1), στα αστροκύτταρα, αλλά όχι στους νευρώνες [63].

Το αστροκύτταρο Nrf2 είναι ο κύριος ρυθμιστής της οξειδωτικής ομοιόστασης όπως προσδιορίζεται από την παρατήρηση ότι τα Nrf2−/− αστροκύτταρα έχουν πιο σοβαρές φλεγμονώδεις αποκρίσεις. Περαιτέρω, ο αστροκυτταρικός υποδοχέας ντοπαμίνης D2 ρυθμίζει τη σύνθεση GSH μέσω μετενεργοποίησης Nrf2 in vivo [64,65].

For more information:1950477648nn@gmail.com