Izhodišča in namen raziskave

Zaradi naraščajočega bremena, ki ga za posameznike in družbo predstavlja pogostnost Alzheimerjeve bolezni (AB), je razumevanje mehanizmov, ki privedejo do njenega pojava, bistveno za razvoj učinkovitega zdravljenja. Čeprav so raziskovalci tako rekoč soglasni, da ključna označevalca AB v možganskem tkivu predstavljata kopičenje beta-amiloidnih plakov in nevrofibrilarnih pentelj, lahko raziskave, ki analizirajo posmrtno odvzete vzorce možganov bolnikov z AB, nudijo zgolj omejen uvid v zaporedje dogodkov v ozadju bolezni, saj že v dveh do štirih urah po smrti pride do sprememb v izražanju genov v celicah ter njihovega propada zaradi pomanjkanja krvi, hranil in kisika. Posledično še ni znano, katere celice so v zgodnjih fazah AB najbolj prizadete, kako se to kaže na molekulski ravni in na kakšen način ti odkloni prispevajo h kopičenju za AB značilnih bolezensko spremenjenih beljakovin. Avtorji povzete raziskave so opisano vrzel v znanju poskušali nasloviti z analizo vzorcev možganskega tkiva, odvzetega živim bolnikom v kontekstu rutinskega posega, dobljene rezultate pa so dodatno preverjali še z uporabo celičnih kultur in izsledkov raziskav, ki so analizirale tkivne vzorce možganov bolnikov in poskusnih živali z drugimi nevrodegenerativnimi boleznimi.

Metodološke značilnosti in rezultati

Raziskovalci so sprva analizirali vzorce možganskega tkiva, ki so bili 52 živim darovalcem (na podlagi pisne privolitve) odvzeti iz čelnega režnja med posegom za vstavitev likvorskega obvoda, zaradi suma na normotenzivni hidrocefalus. Pri 19 vzorcih so ugotovili prisotnost beta-amiloidnih plakov (Aβ+), pri 8 poleg tega tudi prisotnost nevrofibrilarnih pentelj (Aβ+ Tau+), pri 25 pa histopatoloških znakov AB ni bilo. Na podlagi analize likvorja, rezultatov, ki so jih posamezniki v naštetih skupinah dosegli na kratkem preizkusu spominskih sposobnosti (kjer so se najbolje odrezali tisti brez prisotnosti bolezenskega kopičenja beljakovin, Aβ+ nekoliko slabše, Aβ+ Tau+ pa najslabše), ter dolgoročnega spremljanja in beleženja pojavnosti klinične diagnoze AB pri istih bolnikih, so raziskovalci zaključili, da kopičenje bolezensko spremenjenih beljakovin v zbranih vzorcih možganskega tkiva sprejemljivo odraža stopnjo napredovanja AB.

V vzorcih možganske skorje iz opisane kohorte preiskovancev so na podlagi analize izražanja genov opredelili prisotnost sedmih večjih skupin celic (ekscitatornih in inhibitornih nevronov, mikroglije, astrocitov, endotelnih celic, oligodendrocitov in izvornih celic oligodendrocitov), znotraj teh pa še dodatne podtipe. Dobljene podatke so primerjali s podatki iz drugih, sorodnih raziskav, ki so analizirale izražanje genov v posmrtno odvzetih vzorcih možganskega tkiva bolnikov z AB in drugimi boleznimi (vključno s Parkinsonovo boleznijo, multiplo sklerozo in motnjo avtističnega spektra) ter vzorcih možganskega tkiva mišjih modelov različnih bolezni, vključno z AB in amiotrofično lateralno sklerozo. Ugotovili so, da so izsledki analiz tkivnih vzorcev živih bolnikov vključevali manj »šuma« (tj. sprememb v izražanju genov zaradi ob- in posmrtnih sprememb tkiva) v primerjavi s posmrtno odvzetimi vzorci.

Za določitev morebitnih sprememb v deležu različnih tipov celic, povezanih z napredovanjem AB, so se v nadaljnjih analizah osredotočili na vzorce Aβ+ (»zgodnja AB«) in Aβ+ Tau+ (»napredovala AB«) ter jih dopolnili s podatki iz drugih raziskav, ki so na posmrtno odvzetih vzorcih možganskega tkiva posameznikov v zgodnji fazi AB opredelile deleža nevronov in glije. Pri vzorcih, odvzetih posameznikom v primerljivi fazi bolezni, so, ne glede na čas odvzema (tj. pred smrtjo ali po njej), opredelili podobne spremembe: v zgodnjih fazah je prišlo do statistično značilnega upada deleža posameznih podskupin (inhibitornih in ekscitatornih) nevronov v različnih slojih možganske skorje, kakor tudi podtipa mikroglije in oligodendrocitov. Pri vzorcih, odvzetih v bolj napredovali fazi AB, upad deleža opisanih podtipov nevronov ni bil več statistično značilen, kar raziskovalci pripisujejo bolj razširjeni nevrodegeneraciji, obenem pa so v teh vzorcih zaznali povečano zastopanost nekaterih podtipov mikroglije in astrocitov, kar se sklada z ugotovitvami predhodnih raziskav.

Izsledki nadaljnjih analiz, s katerimi so preverjali spremembe v izražanju različnih genov pri posameznih podtipih živčnih celic in glije glede na fazo AB, kažejo, da se je z napredkom bolezni najprej spremenil transkriptom ekscitatornih nevronov, nato pa tudi ostalih celic, ter da so tovrstne spremembe skladne med podtipi posameznih celičnih skupin. Omenjene spremembe v transkriptomu ekscitatornih nevronov najverjetneje odražajo posledico zgodnjega propada določenega podtipa inhibitornih nevronov, ki v normalnih razmerah uravnavajo njihovo delovanje. Izsledki kažejo tudi, da zgodnje spremembe v izražanju genov v ekscitatornih nevronih vključujejo povečano tvorbo beljakovin, udeleženih pri nastanku amiloida beta. Raziskovalci so z dodatnimi poskusi (na tkivnih vzorcih možganske skorje, pridobljenih iz neodvisne kohorte 26 živih preiskovancev, od teh 8 z nizkim bremenom Aβ, 8 z visokim bremenom Aβ in 10 brez kopičenja amiloidnih plakov) izmerili električno vzdražnost in aktivnost istega podtipa ekscitatornih nevronov ter potrdili, da sta oba parametra statistično značilno povečana le pri bolnikih z nizkim bremenom Aβ.

Nadaljnji poskusi so pokazali skladnost v transkriptomu in naraščajoči aktivaciji posameznih tipov mikroglije (zlasti genov, povezanih z vnetjem) glede na napredovanje AB pri vzorcih, odvzetih človeškim preiskovancem v različnih fazah bolezni, ne glede na čas odvzema. Obenem so opredelili tudi (1) določeno stopnjo prekrivanja med temi vzorci in vzorci bolnikov s Parkinsonovo boleznijo, pa tudi pomembne razlike med izhodiščnimi vzorci ter (2) vzorci, pridobljenimi iz možganov posameznikov z motnjo avtističnega spektra (kar po mnenju raziskovalcev izkazuje vlogo opredeljenih podtipov mikroglije pri nevrodegenerativnih boleznih, ne pa tudi pri drugih motnjah v delovanju možganov) in (3) vzorci, ki so izvirali iz mišjih modelov AB (kar izkazuje omejitve uporabe živalskih modelov pri raziskovanju mehanizmov nastanka bolezni in služi kot svarilo pred prekomernim posploševanjem ugotovitev).

Nazadnje so raziskovalci preverjali še, ali do povečanega izražanja genov, udeleženih pri tvorbi in kopičenju beta-amiloida, prihaja tudi v ne-nevronskih celicah, in ugotovili, da so tudi v transkriptomu oligodendrocitov pri posameznikih z zgodnjo AB (tako v njihovi kohorti, v skupini Aβ+, kakor tudi v primerljivih podatkih, zbranih v drugih raziskavah) prisotne podobne spremembe kot v ekscitatornih nevronih. Dodatni poskusi s celičnimi kulturami, pri katerih so iz zarodnih celic vzgojili ustrezen podtip ekscitatornih nevronov in oligodendrocitov, so potrdili, da oba tipa celic lahko proizvajata primerljive količine beta-amiloida, čigar lastnosti (in sposobnost tvorbe amiloidnih plakov) se glede na izvor ne razlikujejo.

Zaključki

Avtorji povzete raziskave na podlagi poročanih izsledkov sklepajo, da v zgodnji fazi AB prihaja do sprememb v izražanju genov, aktivnosti in zastopanosti posameznih podtipov živčnih celic in glije, kar lahko na različne načine (vključno s prekomerno vzdražnostjo ekscitatornih nevronov v možganski skorji in razvojem vnetja zaradi povečane aktivnosti mikroglije) prispeva k nadaljnjemu kopičenju beta-amiloida in napredovanju bolezenskega procesa. Čeprav so nekatere spremembe skupne različnim nevrodegenerativnim boleznim, izsledki kažejo tudi na odklone, ki so značilni le za AB. Med njimi novo najdbo predstavlja ugotovitev, da so tudi oligodendrociti lahko vir beta-amiloida, kar odpira sveža raziskovalna vprašanja, morda pa tudi nove možnosti zdravljenja.

Povzela: Lana Blinc, dr. med.