Benzodiazepini so skupina zdravil, ki se pogosto uporablja za lajšanje tesnobe in nespečnosti, občasno pri zdravljenju sindromov odvisnosti ter v nekaterih nujnih primerih tudi za prekinitev epileptičnih napadov. Opisani učinki so posledica vezave na podtip receptorja za gama aminomasleno kislino (GABA) v osrednjem živčevju, s čimer ojačajo učinek te nevroprenašalne molekule in znižajo vzdražnost živčnih celic. Med znanimi stranskimi učinki (predvsem dolgoročne rabe) sta tudi kognitivni upad in demenca, čeprav so glede tega mnenja v znanstveni skupnosti deljena, saj številne raziskave niso v celoti izključile vpliva drugih dejavnikov, ki bi lahko prispevali h kognitivnemu upadu. Mehanizmi, ki bi ob uporabi benzodiazepinov lahko privedli do kognitivnih motenj, še niso v celoti pojasnjeni, ena izmed hipotez pa je, da bi lahko (ne)posredno poškodovali t. i. dendritske trne (angl. dendritic spines) – izrastke, ki na dendritih živčnih celic tvorijo postsinaptični del večine eskcitatornih sinaps. Znano je, da se število dendritskih trnov spreminja s starostjo in aktivnostjo nevronov, kar verjetno igra vlogo pri nevroplastičnosti možganov. Avtorji povzete raziskave so zato na miših preverjali obstoj in mehanizem škodljivega vpliva diazepama, enega izmed najpogosteje predpisanih benzodiazepinov, na zgradbo in delovanje dendritskih trnov, s čimer bi lahko vsaj delno pojasnili morebitni prispevek tovrstnih zdravil k razvoju kognitivnega upada.

Iskanja odgovorov na zastavljena vprašanja so se lotili s stopenjsko zastavljenim zaporedjem poskusov, pri katerih so uporabili različne skupine gensko spremenjenih laboratorijskih miši. Te so jim zaradi načrtno vrojenega izražanja genov za beljakovine, ki ob osvetlitvi s svetlobo določene valovne dolžine oddajajo svetlobo druge, vnaprej znane valovne dolžine (in se torej celice, ki vsebujejo te beljakovine, pod določeno osvetlitvijo obarvajo), za časa njihovega življenja in po smrti omogočile vpogled v spremembo zgradbe ter delovanja sinaps ter dokaj natančno opredelitev molekularnih odzivov na dodatek diazepama, skupaj z drugimi učinkovinami. Živali so bile stare med štiri in pet mesecev, saj imajo v tem obdobju običajno dokaj stalno število dentritičnih trnov v različnih možganskih področjih. Raziskovalci so beležili tudi njihove vedenjske odzive, s čimer so posredno ocenjevali vpliv uporabljenih učinkovin na njihovo kognicijo.

Ugotovili so, da imajo miši, ki so teden dni vsakodnevno prejemale diazepam v sedativnih odmerkih, pomembno zmanjšano gostoto dendritskih trnov na nevronih v skorji temenskega režnja, glede na kontrolne živali, zaradi povečane razgradnje in zmernega upada nastajanja, stanje pa se je postopno popravilo do izhodiščne ravni po 56-ih dnevih od ukinitve diazepama. Pri miših, ki so enake odmerke diazepama vsakodnevno prejemale štiri tedne, so opazili podobne spremembe, a so te vztrajale skozi celotno opazovalno obdobje (78 dni). S primerjavo posnetkov gostote dendritskih trnov pred začetkom prejemanja diazepama, med prejemanjem in po zaključku prejemanja so ugotovili, da diazepam botruje propadu dendritskih trnov, ki so nastajali ob začetku prejemanja, na obstoj predhodno obstoječih trnov pa ne vpliva. Iz navedenega domnevajo, da diazepam lahko poruši tiste dinamične sinaptične strukture, ki so udeležene pri učenju in pomnjenju v času jemanja, njegov vpliv na že utrjene sinapse pa je bistveno manjši. Na podoben način so preverili učinek nižjih, anksiolitičnih odmerkov diazepama, in opazili primerljive, a bolj kratkotrajne in manj izražene spremembe kot pri večjih odmerkih. Ugotovili so tudi, da do upada števila dendritskih trnov pri enakih odmerkih prihaja v hipokampusu in medialnem prefrontalnem režnju – področjih, ki sta pomembno udeležena pri spominu ter drugih vidikih kognicije.

Da bi preverili, ali je propad dendritskih trnov posledica delovanja diazepama na GABA receptorje, so v naslednji seriji poskusov eksperimentalne živali poleg diazepama prejele tudi flumazenil, ki na teh receptorjih deluje kot antagonist. Opažen učinek na dendritske trne je bil primerljiv z rezultati prejšnjih poskusov, kar kaže na to, da so spremembe v sinapsah neodvisne od vezave benzodiazepinov na GABA receptorje. Znano je, da se nekateri benzodiazepini, vključno z diazepamom, vežejo tudi na t. i. translokacijsko beljakovino zunanje mitohondrijske membrane (angl. translocator protein 18 kDa, TSPO), katere vloga v celicah še ni dobro opredeljena. Naslednja skupina miši je zato namesto diazepama prejela zolpidem, ki deluje (in se pri ljudeh tudi uporablja) kot uspavalo, vendar se za razliko od diazepama veže le na GABA receptorje. Ker pri tej skupini ni bilo upada v gostoti dendritskih trnov, so raziskovalci sklepali, da diazepam vodi v povečanje njihove razgradnje prek mehanizma, ki vključuje TSPO. Da bi to preverili, so v naslednjem poskusu diazepam prejele miši brez gena za TSPO in posledično tudi brez beljakovine. Pri teh živalih diazepam v nobenem izmed opazovanih področij možganov ni imel nikakršnega učinka na gostoto dendritskih trnov, miši pa so se na preizkusih spomina odrezale primerljivo s kontrolnimi živalmi, iz česar raziskovalci sklepajo, da je TSPO pomemben, morda celo ključni dejavnik pri razgradnji dendritskih trnov zaradi diazepama.

Z zadnjo serijo poskusov so želeli še bolj natančno opredeliti vlogo TSPO pri opaženih spremembah. Znano je, da je TSPO močno zastopana beljakovina v mikrogliji – celicah, ki v možganih med drugim skrbijo tudi za uravnavanje števila sinaps. Raziskovalci so zato predpostavili, da bi diazepam prek vezave na TSPO v mikrogliji lahko prispeval k povečanemu (in prekomernemu) propadu dendritskih trnov. Da bi hipotezo preverili, so primerjali obliko in število celic mikroglije pri miših brez TSPO in »navadnih« miših pred in po dodatku diazepama ali placeba. Med eksperimentalnimi in kontrolnimi skupinami glede števila celic mikroglije ni bilo razlik, pri mikrogliji »navadnih« miši v eksperimentalni skupini pa so opazili večje izrastke kot pri enakih miših v kontrolni skupini. Tovrstnih sprememb pri miših brez TSPO, ne glede na dodatek diazepama, ni bilo, zato TSPO najverjetneje prispeva k njihovemu pojavu. V lizosomih znotraj spremenjenih izrastkov mikroglije so pri eksperimentalni skupini »navadnih« miši, ne pa tudi pri miših brez TSPO, zaznali še znatne količine posebne vrste beljakovine PSD-95⁺, ki je značilno zastopana na postsinaptični površini ekscitatornih sinaps in torej tudi na dendritskih trnih. Zatem so ugotovili še, da je bilo na dendritskih trnih navadnih miši po zaključku prejemanja diazepama veliko več mikroglijalne beljakovine C1q kot ob začetku prejemanja – če pa so pri miših z dodatkom posebne učinkovine, ki skoraj v celoti zavre nastajanje mikroglije, slednjo odstranili iz njihovih možganov, se je število dendritskih trnov pri miših ne glede na dodatek diazepama celo blago povečalo.

Predpostavljeno zaporedje dogodkov, ki temelji na opisanih izsledkih poskusov, je naslednje: vezava diazepama na mikroglijalno beljakovino TSPO pri miših vodi v spremembo velikosti njihovih mikroglije in v povečano nastajanje beljakovine C1q. Slednja se nato v večji meri kot sicer odlaga na dendritske trne, kar verjetno prispeva k njihovi pospešeni razgradnji s strani mikroglije, to pa zaradi spremenjene nevroplastičnosti ovira proces učenja in tvorbe novih spominov ter tako botruje kognitivnim motnjam. Čeprav podrobnosti mehanizmov, ki so del tega procesa, kakor tudi posledice aktivacije TSPO v drugih celicah, ki bi morda lahko vplivale na njegov potek, še niso jasne in terjajo izvedbo dodatnih raziskav, avtorji povzete raziskave zaključujejo, da bi njihovi izsledki nekoč morda lahko prispevali k razvoju novih oblik zdravljenja kognitivnega upada in demence.

Povzela: Lana Blinc, dr. med.