Микроглия сетчатки и головного мозга при рассеянном склерозе и нейродегенерации. Часть 2.

3.3. Глазные проявления рассеянного склероза

Посмертные исследования и исследования сетчатки выявили патологии, связанные с рассеянным склерозом, такие как повреждение зрительного нерва путем демиелинизации и атрофии, а также истончение GCL, IPL и RNFL (рис. 2), где можно обнаружить RGC и микроглию [79,80]. Предполагается, что истончение сетчатки является следствием дегенерации зрительного нерва и RGC в результате иммунных ответов, опосредованных микроглией [79,81].

В современном обществе повреждение зрительного нерва является распространенной и тревожной проблемой. Зрительный нерв — это нерв, который соединяет глаза с мозгом, и в случае его повреждения мы можем столкнуться с целым рядом трудностей и проблем, таких как потеря зрения и потеря памяти.

Однако нам не следует падать духом перед лицом вызовов. Повреждение зрительного нерва не повлияло напрямую на память. Память — это функция мозга, а зрительный нерв — всего лишь канал передачи сигналов. Если мы активно поддерживаем здоровье нашего мозга, мы можем сохранить хорошую память.

Есть много способов улучшить здоровье мозга. Например, занимаясь спортом, мы можем улучшить кровообращение головного мозга, тем самым улучшая его здоровье. Кроме того, мы также можем поддерживать правильное питание и повышать социальную активность. Эти методы могут эффективно поддерживать здоровое состояние мозга.

Кроме того, при повреждении зрительного нерва мы также можем использовать некоторые позитивные методы преодоления. Например, мы можем найти подходящие методы лечения, которые помогут нам восстановить зрение. Мы также можем разработать новые хобби и занятия, чтобы сохранить нашу память и мозг здоровыми.

Подводя итог, можно сказать, что, хотя повреждение зрительного нерва может представлять множество проблем, мы не должны терять веру. Активно поддерживая здоровый мозг, мы можем сохранить хорошую память и лучше справляться с жизненными трудностями. Это показывает, что нам нужно улучшить нашу память. Цистанхе может улучшить нашу память, поскольку Цистанхе также может регулировать баланс нейротрансмиттеров, например, повышая уровень ацетилхолина и факторов роста, которые очень важны для памяти и обучения. Кроме того, мясо также может улучшить кровоток и способствовать доставке кислорода, что может гарантировать, что мозг получает достаточное питание и энергию, тем самым улучшая жизнеспособность и выносливость мозга.

Нажмите, чтобы узнать, как улучшить работу мозга

Интересно, что эти признаки симптоматически присутствуют более чем в 20% случаев ПМС и бессимптомно – более чем в 68% случаев ПМС, что составляет почти ошеломляющие 90% случаев ПМС, у которых, по оценкам, имеются такие патологии сетчатки. Типичные симптоматические признаки включают фотопсию, монокулярную потерю остроты зрения и цветовое зрение с легкой болью в глазах, в то время как некоторые атипичные признаки включают светобоязнь, длительную потерю бинокулярного зрения и сильную боль или ее отсутствие [62,67,82]. Эти симптомы могут развиваться от нескольких часов до нескольких дней, достигая пика примерно через 2–3 недели после появления первых признаков с последующим выздоровлением [83].

Клиницистам рекомендуется использовать методы нейровизуализации, такие как магнитно-резонансная томография (МРТ), для подтверждения диагнозов, связанных с рассеянным склерозом [63,79]. Такие методы нейровизуализации можно использовать для визуализации всей ЦНС, включая зрительный путь.

Например, МРТ ОН-пациента выявила увеличение желудочков головного мозга и атипичное утолщение зрительного нерва, что свидетельствовало об атрофии мозга и демиелинизации зрительного нерва [84]. Оптическая когерентная томография (ОКТ) и оценка восприятия движения, которые исследуют зрительную систему, также могут использоваться в качестве дополнения к МРТ [85]. Большинство методов нейровизуализации могут быть сложными, с низкой воспроизводимостью, неудобными и чрезвычайно дорогостоящими (например, МРТ) [63,79,80]. Напротив, ОКТ-изображение сетчатки предлагает неинвазивный, более простой и менее дорогой метод получения изображений высокого разрешения с подробным анализом отдельных слоев сетчатки [63,79,80,83].

В то время как сложные методы МРТ могут использоваться для выявления динамического воспаления, обычно наблюдаемого на более ранних стадиях рассеянного склероза, стандартные параметры МРТ могут быть сопоставлены с данными ОКТ, указывающими на необратимую нейродегенерацию и, следовательно, на значительное уменьшение толщины сетчатки [79]. Несмотря на недостатки обоих методов, каждый предоставляет уникальную информацию, касающуюся различных аспектов патогенеза рассеянного склероза. Это подчеркивает, что и МРТ, и ОКТ следует использовать вместе для максимального извлечения жизненно важной информации, позволяя проводить углубленный мониторинг атипичных патологий, связанных с рассеянным склерозом, и прогнозировать траекторию развития рассеянного склероза.

3.4. Микроглия и рассеянный склероз

Как и при других нейродегенеративных заболеваниях, изменения активации микроглии наблюдаются как на моделях РС, так и на моделях ПМС. Экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит (ЭАЭ) часто используется в научных исследованиях для моделирования РС и ОН [48]. Хотя все экспериментальные модели заболеваний не являются полностью репрезентативными, исследования показали сходство между исследованиями на людях и животных. Например, по сравнению со здоровыми мышами, индуцированными EAE, было обнаружено больше «деразветвленной» амебоидной микроглии в зрительном нерве и спинном мозге [86]. Хорстманн и др. обнаружили у мышей с моделируемым рассеянным склерозом путем инъекции MOG35-55 (энцефалитогенного пептида, который индуцирует EAE), что микроглия сетчатки была значительно более распространенной по сравнению с таковой у здоровых мышей, которым вводили PBS [87]. В том же исследовании также было обнаружено, что через 60 дней после иммунизации мыши с индуцированным рассеянным склерозом имели незначительное, но немного большее количество амебоидной микроглии, но значительно более разветвленную микроглию по сравнению с контрольными мышами [87]. Другое исследование также использовало MOG35-55 для индукции EAE у мышей [88]. '

В течение первой недели иммунизации плотность микроглии сетчатки значительно увеличилась [88]. В этом исследовании также было обнаружено, что амебоидная микроглия более распространена через 7 и 28 дней после MOG35-55-иммунизации; однако статистический анализ не проводился. Эти вариации морфотипов микроглии указывают на то, что микроглия сетчатки может вести себя динамично, становясь «активированной» и «деактивированной» на протяжении всего развития ЭАЭ. Это может коррелировать с изменениями активации микроглии, которые могут возникать во время колебаний демиелинизации и ремиелинизации, наблюдаемых при рассеянном склерозе. Кроме того, на здоровых мышах, индуцированных EAE, был проведен более сложный анализ, специфичный для слоев сетчатки, чтобы найти морфотипы микроглии, специфичные для слоев [86].

В то время как и EAE, и здоровые мыши состояли из разветвленной микроглии в IPL и OPL, амебоидная микроглия была обнаружена только в слое GCL мышей, индуцированных EAE [86]. Это интересно коррелирует с признаками истончения GCL и IPL при рассеянном склерозе, хотя еще не исследовано, связана ли эта патология истончения напрямую с активацией микроглии. В конечном счете, это предполагает, что микроглия сетчатки может реагировать и активироваться специфичным во времени и в зависимости от слоя образом [32,86].

Аналогичные последствия можно также увидеть в исследованиях на людях, где наблюдалось значительное снижение экспрессии P2RY12 (гомеостатического маркера микроглии) и значительное увеличение экспрессии CD68 как в нормальном белом веществе, так и в областях активного поражения мозга при рассеянном склерозе по сравнению со здоровым мозгом [89]. ]. Поскольку эти маркеры связаны со специфическими функциями и морфотипами микроглии, результаты Zrzavy et al. предполагают, что в мозге с рассеянным склерозом меньше наблюдающей разветвленной микроглии, но при этом имеется больше фагоцитарных амебоидов [32,36,89].

Миелиновый фагоцитоз является дополнительным патологическим признаком рассеянного склероза [51]. Когда Хендрикс и др. исследовав фагоцитарные возможности миелина микроглии с помощью проточной цитометрии, микроглия, полученная из нормального белого вещества посмертного мозга, по-видимому, поглощала больше миелина у доноров с рассеянным склерозом по сравнению с таковым у здоровых доноров [51]. Более того, переработка миелинового мусора коррелирует с принятием микроглией других «дистрофических» морфологий [51,90]. Купризон (CPZ) представляет собой токсичный системный хелатор меди, который можно вводить внутривенно и перорально для моделирования рассеянного склероза и демиелинизирующих заболеваний [90,91].

Кантони и др. исследовали характеристики демиелинизации и микроглии у здоровых людей или при введении CPZ [90]. Гистологические наблюдения показали, что целостность миелина у здоровых животных не пострадала, в то время как большая часть микроглии оказалась разветвленной. И наоборот, у животных, которым вводили CPZ, наблюдалась демиелинизация нейронов гиппокампа и мозолистого тела (CC), которая становилась более «глубоко» очевидной при более длительном воздействии CPZ [90]. Интересно, что амебоидная микроглия была в изобилии до 4 недель введения CPZ, но по мере увеличения этого периода до 6 или 12 недель наблюдалась более разветвленная микроглия [90]. Это предполагает, что активация микроглии играет более активную роль на ранних стадиях демиелинизации или демиелинизирующих заболеваний, таких как рассеянный склероз. Это дополнительно подтверждается клиническими данными, показывающими, что более молодые пациенты с рассеянным склерозом на более ранних стадиях заболевания более чувствительны к терапевтическим вмешательствам, таким как ритуксимаб, который может уменьшить активацию микроглии [92,93]. И наоборот, исследования транскрипции в микроглии нормального белого (NAWM) и серого вещества (NAGM) больных рассеянным склерозом и здоровых добровольцев показали некоторые интересные различия [94].

Во-первых, было обнаружено, что экспрессия наблюдающих маркеров микроглии, таких как P2RY12, аналогична в NAGM и NAWM [94]. Во-вторых, по сравнению с NAGM, NAWM имел более высокий уровень генов, участвующих в пути NF-κB, который участвует в иммуномодулирующих реакциях при патологии рассеянного склероза [94]. В отличие от результатов моделей CPZ MS [90], van der Poel et al. [94] предполагают, что надзорные свойства микроглии могут оставаться незатронутыми на начальных стадиях рассеянного склероза, в то время как транскрипционный профиль микроглии человеческого происхождения является регионоспецифичным. Хотя данные исследований на людях могли бы обеспечить ценное трансляционное сравнение, на сегодняшний день нет сообщений, посвященных изучению морфологических характеристик микроглии сетчатки у пациентов с рассеянным склерозом.

3.5. Иммунологические маркеры

Неудивительно, что микроглия сетчатки также участвует в увеите, редком проявлении рассеянного склероза. Экспериментальный аутоиммунный увеит (ЭАУ) является широко используемой моделью увеита, который может быть вызван иммунизацией межфоторецепторного ретиноид-связывающего белка (IRBP) [95]. В цельно смонтированной сетчатке мышей, индуцированных EAU, была обнаружена P2RY12-положительная микроглия, которая претерпела морфологическую активацию от разветвленной до амебоидной морфологии в течение 7 дней после IRBP-иммунизации, что указывает на раннее вовлечение микроглии сетчатки в патологию EAU [95]. Интересно, что абляция микроглии антагонистом PLX5622 у иммунизированных IRBP подавляла EAU. Это наблюдалось по уменьшению инфильтрирующих воспалительных клеток, отсутствию складок фоторецепторов и гранулем сетчатки по сравнению с необработанными животными [95]. Кроме того, трехмерные изображения были построены на основе изображений реноваскулярных лейкоцитов, включая Т-клетки и микроглию, меченных CD11b, CD4/CD8, MHCII и P2RY12 [95]. Экспрессия всех маркеров может быть локализована совместно с лектином, маркером кровеносных сосудов. В совокупности эти результаты подчеркивают активную роль активации микроглии в инициации транспорта лейкоцитов между гемато-ретинальным барьером [95]. Не было изучено, имел ли морфологический сдвиг прямую корреляцию с патогенезом EAU.

3.6. Внеклеточные везикулы: влияние на рассеянный склероз

Модель EAE и пациенты с рассеянным склерозом исследовались параллельно с целью наблюдения микровезикул, происходящих из микроглии (M-MV) при патологии головного мозга MS/EAE [96]. Во-первых, было обнаружено, что M-MV являются нейровоспалительными, о чем свидетельствует активация маркеров воспаления, таких как CD86 (лиганд рецептора Т-клеток), iNO и IL1β, путем переноса везикулярных компонентов из исходной микроглии. ячейку реципиенту [96]. Кроме того, мыши EAE, которым инъецировали M-MV в мозолистое тело, имели много амебоидной микроглии, чего не наблюдалось у контрольных мышей EAE (которых инъецировали физиологический раствор, липосомы или мезенхимальные стволовые клетки). Мышей с нокаутом кислой сфингомиелиназы (ASKO) и без него индуцировали EAE [96]. У мышей ASKO-EAE наблюдалось значительное снижение M-MV в спинномозговой жидкости, а также CD45lowCD11b+ микроглии и воспалительных Т-клеток в спинном мозге, в то время как ни у одной мыши ASKO-EAE не развилась патология EAE [96]. У людей у ​​здоровых участников были обнаружены M-MV в спинномозговой жидкости с повышенными концентрациями при рассеянном склерозе: значительно выше при CIS по сравнению с RRMS. Эти результаты позволяют предположить, что M-MV по-разному присутствуют у пациентов с рассеянным склерозом и на моделях EAE, что может вызывать активацию микроглии и изменения морфотипа, в то время как эти реакции могут быть уменьшены за счет предотвращения выделения M-MV [96]. Это также раскрывает потенциал нацеливания на M-MV для мониторинга заболеваний и их терапевтических стратегий. Их роль в сетчатке еще предстоит установить, хотя, если будет обнаружено, что они влияют на морфологию микроглии сетчатки, это может иметь серьезные последствия для использования глаза в качестве инструмента мониторинга и эффективности лечения.

3.7. Генетические факторы: влияние на микроглию сетчатки при рассеянном склерозе

Модель рассеянного склероза, индуцированная MOG35-55-, была использована для выявления генетических и морфологических различий микроглии сетчатки между мышами C57BL/6 недельного возраста 8- и здоровыми контрольными мышами [97]. Окрашивание Iba-1 поперечных срезов сетчатки выявило в основном разветвленную микроглию у здоровых людей, в то время как у мышей с ранней EAE (через 16 дней после MOG35-55) наблюдалась более округлая и амебоидная микроглия с более высокой экспрессией iNOS. индукция — 16DPI) [97]. Экспрессия iNOS была снижена на 41DPI, хотя все же выше, чем у здоровых людей. Кроме того, при EAE наблюдалась повышенная экспрессия C1q и TNF-альфа [97]. Это может свидетельствовать о том, что ранние транскрипционные изменения в микроглии сетчатки, отражающиеся в морфологических изменениях, могут быть патологическими особенностями оптических нейропатий.

Кроме того, Белл и др. исследовали транскрипционный профиль ретинальной микроглии мышей Cx3cr1CreER: R26-tdTomato C57BL/6, у которых был вызван эндотоксин-индуцированный увеит (ЭИУ) посредством однократной интравитреальной инъекции ЛПС [98]. Изолированную микроглию сетчатки анализировали с помощью проточной цитометрии, сортировки клеток, активируемой флуоресценцией (FACS), секвенирования мРНК и количественной ПЦР, чтобы обнаружить в общей сложности 1069 дифференциально экспрессируемых генов (DEG) [98]. Было обнаружено 613 ДЭГ через 4 часа после ЭИУ, 537 ДЭГ через 18 часов и ни одного через 2 недели [98]. Первоначально маркеры активации, такие как Fas и CD44, были повышены, в то время как гомеостатические маркеры, такие как P2rY12 и Mertk, были снижены в образцах, индуцированных EIU, в то время как здоровый контроль не демонстрировал аналогичного профиля, например, высоких уровней P2RY12 на протяжении всего периода [98]. Кроме того, конфокальная микроскопия микроглиальных клеток tdTomato+ у наивных была разветвленной, в то время как клетки EIU претерпевали морфологические изменения от разветвленных через 4 часа до амебоидных через 18 часов, которые возвращались к разветвленным через 2 недели после инъекции [98]. В совокупности эти результаты указывают на то, что увеит может характеризоваться некоторыми начальными транскрипционными изменениями, которые могут отражаться изменениями морфологии микроглии сетчатки [98]. Подобные исследования на клетках пациентов были бы полезны для определения клинической применимости этих результатов.

4. Другие нейродегенеративные заболевания.

4.1. Болезнь Альцгеймера

AD является наиболее распространенной причиной деменции. Он характеризуется прогрессирующей гибелью нейронов в результате накопления внеклеточных бляшек бета-амилоида (Aβ) и внутриклеточных нейрофибриллярных клубков, состоящих из гиперфосфорилированных тау-белков [99–101]. К тому времени, когда начнут проявляться первые когнитивные симптомы, уже произойдет примерно 20-летняя необратимая нейродегенерация [100]. Хотя точный патогенез до сих пор неизвестен, активация микроглии в головном мозге и сетчатке связана с патологией БА [4,13,21,99–103]. Это подчеркивает неудовлетворенную потребность в более раннем выявлении патогенеза БА и то, что характеристика микроглии может быть потенциальным ответом на эту дилемму.

Исследования болезни мозга показали более активную микроглию в коре и гиппокампе по сравнению с контрольной группой того же возраста [99,103]. В частности, Цао и др. обнаружили значительно большую степень активации микроглии в этих областях у мышей с моделируемой болезнью Альцгеймера в возрасте 12 месяцев по сравнению с другими возрастами и по сравнению с контрольной группой того же возраста или старшего возраста [99]. Кроме того, 4-месячные 5× семейные мыши с моделируемой болезнью Альцгеймера показали, что бляшки Aβ были окружены активированной микроглией в коре головного мозга [103]. Было также обнаружено, что эта активированная микроглия локализуется совместно с агрегатами Aβ, и по мере накопления Aβ наблюдается гибель микроглиальных клеток [103]. Аналогично, бляшки Aβ были обнаружены окруженными микроглией сетчатки с большим клеточным телом и меньшим количеством и более толстыми разветвлениями, что позволяет предположить, что активированная микроглия может наблюдаться в сетчатке, моделируемой AD [100–102].

Некоторые источники обнаружили активированную микроглию сетчатки у 3х трансгенных мышей с болезнью Альцгеймера в возрасте 5 недель после рождения, что указывает на первоначальный ответ микроглии при патологии болезни Альцгеймера [102]. Это предполагает, что некоторые реакции микроглии на БА могут возникать в сетчатке раньше, чем в мозге. Несмотря на эти данные, важно отметить неоднозначное определение активированной микроглии. Например, в некоторой литературе вся ненаходящаяся в состоянии покоя микроглия называется «активированной микроглией», а в некоторых этот термин может использоваться взаимозаменяемо с «активацией» микроглии, тогда как в более поздней литературе может использоваться термин об уникальном морфологическом описании активированной микроглии.

Палочечная микроглия может иметь специфическое участие в патологии AD [4,21]. Например, когда были исследованы аутопсии трех областей мозга пациентов с БА, стержневая микроглия была обнаружена только в теменной коре, а не в гиппокампе или височной коре [4]. Кроме того, не было обнаружено существенных наблюдений, касающихся палочковой микроглии в гиппокампе и кортикальных областях мозга у пациентов, перенесших черепно-мозговую травму [4]. Однако было обнаружено, что палочковидная микроглия значительно распространена в теменной коре, но не в гиппокампе пациентов с АД по сравнению со здоровыми людьми из контрольной группы [4]. Палочечная микроглия также наблюдалась у лиц с мутантным C9orf72, тогда как она отсутствовала в контрольной группе соответствующего возраста, в то время как, кроме того, высокая плотность палочковидной микроглии в сером веществе у людей с синдромом Дауна БА коррелировала с более тяжелыми патологическими признаками по сравнению с теми, у кого только был синдром Дауна. нашей эры [21].

Недавно Гримальди и др. исследовали патологию сетчатки у посмертных пациентов с БА [15]. Эти образцы также имели бляшки Aβ и фосфорилированные тау-клубки с признаками дегенерации нейронов сетчатки, о чем свидетельствует повышенная экспрессия каспазы 3, маркера нейродегенерации, связанной с AD [15]. Кроме того, исследованные срезы сетчатки при AD имели значительно более высокую плотность iba-1-положительных микроглиальных клеток, которые также экспрессировали более высокие уровни маркера DAM, IL-1β, по сравнению со здоровыми образцами [15]. TREM2 также является DAM-ассоциированным маркером, хотя его активация не наблюдалась в iba-1-позитивной микроглии AD [15]. Несмотря на это, сетчатка при болезни Альцгеймера экспрессировала более высокие уровни мРНК TREM2 по сравнению со здоровым контролем [15]. Эта неожиданная тенденция в микроглии сетчатки при AD может быть связана с историческими данными о посмертных образцах сетчатки с отложениями Aβ, экспрессирующими подавленный TREM2 [15]. Исследования, в которых наблюдаются другие маркеры DAM сетчатки параллельно с морфологическими параметрами, могут дать полезную информацию для выяснения патологий сетчатки при AD.

4.2. Болезнь Паркинсона

Болезнь Паркинсона (БП) — второй по распространенности тип нейродегенеративного заболевания, от которого страдают более 10 миллионов человек во всем мире [104,105]. Его патологической отличительной чертой являются агрегаты телец Леви (LB), состоящие из альфа-синуклеина (-син), которые накапливаются внутри тел и аксонов нейрональных клеток [104,105]. За этим следует постепенная нейродегенерация дофаминергических нейронов в регионах ЦНС, таких как значительная ниагра (СН) компактная часть [6,106,107]. К моменту появления начальных клинических симптомов, таких как тремор, ригидность, акинезия и постуральная стабильность, 50–80% дофаминергических нейронов уже утрачены [107,108]. Подобно БА, исследования БП выявили множество потенциальных механизмов патогенеза, включая нейровоспаление в результате активации микроглии [6,105,109]. Недавние исследования также показали, что до 80% пациентов с БП могут испытывать некоторую зрительную дисфункцию хотя бы один раз на протяжении всего прогрессирования заболевания [105]. Кроме того, в некоторых исследованиях сообщалось, что эти изменения в сетчатке происходят раньше, чем в мозге [110]. Учитывая эти факторы, изучение характеристик микроглии сетчатки может служить идеальной отправной точкой для выявления более ранних биомаркеров БП.

В одном исследовании изучались характеристики ЧС и микроглии гиппокампа в трех группах участников: пациенты с БП, соответствующие здоровые участники и участники продромальной БП (п-ПД), с проведением анализа, соответствующего возрасту (возрастной диапазон от 56 до 96 лет) [111 ]. Хотя в обеих областях мозга здоровых людей почти не было обнаружено -syn и LB, некоторые из них были обнаружены в образцах пациентов с p-PD и значительно больше при PD [111]. Кроме того, здоровые люди из контрольной группы имели значительно более разветвленную микроглию по сравнению с группами p-PD и PD, p-PD содержала значительно больше амебоидной микроглии по сравнению со здоровыми участниками, а у пациентов с PD также было значительно больше, чем p-PD [111]. «Примированная» или активированная микроглия заметно наблюдалась при p-PD по сравнению с любой другой группой участников. Это предполагает, что активированная микроглия может быть ранним индикатором, в то время как амебоидная микроглия связана с патологией БП.

Аналогично, здоровые сетчатки не содержали -syn, в то время как он был обнаружен в сетчатке 5-месячных трансгенных мышей (TgM83), смоделированных для БП, и значительно больше в OPL образцов сетчатки TgM83 8-месячного возраста. [112]. Только сетчатка мышей в возрасте 8- месяцев показала активацию микроглии из-за значительного увеличения экспрессии CD68 (маркера активации микроглии) и визуального наблюдения за амебоидной микроглией, тогда как в других экспериментальных группах этого не наблюдалось [112]. Это предполагает, что может иметь место дифференциальная экспрессия активированных маркеров микроглии и морфологические изменения на ранних и промежуточных стадиях патологии БП. Однако другие исследования показывают, что, хотя у мышей, смоделированных для -syn-зависимых заболеваний (Plp- -syn), наблюдалось накопление OPL-syn, в цельных образцах сетчатки обнаруживалась в основном разветвленная микроглия без признаков активации микроглии. для всех исследованных возрастных групп [113]. Это могло быть связано с различиями в используемых моделях заболеваний, исследуемых возрастных группах и методах анализа.

4.3. Глаукома

Глаукома является одной из основных причин слепоты во всем мире, от которой, по оценкам, к 2040 году будет страдать более 120 миллионов человек [114]. Он характеризуется постепенной потерей RGC и, как и AD и PD, значительная нейродегенерация могла произойти еще до того, как начали проявляться клинические симптомы [114]. Были разработаны многочисленные методы выявления активности глаукомы, в том числе повышенное внутриглазное давление и повышенное количество погибающих клеток сетчатки, которые измеряются путем обнаружения апоптотических клеток сетчатки (DARC) [115,116]. Кроме того, активация микроглии также может играть роль в патогенезе глаукомы.

Активация микроглии была идентифицирована как одно из первых событий при глаукомном повреждении нервов, которое может произойти до смерти RGC [117,118]. Например, когда у швейцарских мышей-альбиносов моделировали глаукому с использованием односторонней глазной гипертензии (ОНГ), наблюдалась активация микроглии [108]. Это наблюдалось в виде увеличения размера тела клетки и ретракции клеточных отростков уже на 1- день после операции (PS) и увеличения плотности клеток на 3 день PS. Рамирес и др. дополнительно обнаружено, что микроглия сетчатки была P2RY12+ на 1-й день PS [108]. Эта экспрессия снижалась на 3 и 5-й день PS, а затем возвращалась к нормальному уровню к 15-му дню PS [108]. Более того, степень нейродегенерации также может коррелировать с ранними изменениями микроглии, включая микроглиоз или активацию микроглии, как показано на сетчатке трансгенных мышей Cx3cr1GFP/+ DBA/2J, смоделированных для пигментной глаукомы [117]. Кроме того, в другой экспериментальной модели глаукомы лечение миноциклином или высокой дозой облучения снижало активацию микроглии, что приводило к снижению смертности RGC [119,120].

Палочки микроглии также связаны с несколькими болезненными состояниями. На модели прогрессирующей дегенерации РГК у крыс было показано, что перерезка зрительного нерва (ОНТ) индуцирует образование стержневой микроглии сетчатки [23]. Это наблюдалось в течение первых 7 дней, достигая пика через 14 дней и исчезая через 2 месяца [23]. Эти периодические тенденции были интересно отражены в тенденциях гибели RGC, вызванной ONT. Кроме того, было обнаружено, что эти стержневые микроглии сетчатки ориентируются вдоль аксонов и тел клеток RGC, что указывает на их активную роль в ONT-ассоциированной нейродегенерации [23].

4.4. Наследственное заболевание глаз: пигментный ретинит

Другой важной причиной наследственной необратимой слепоты является пигментный ретинит (РП). Им страдает примерно 1 из 4000 человек в мире. Как правило, у пациентов может наблюдаться потеря палочковидных клеток сетчатки, тогда как в более запущенных случаях может наблюдаться потеря колбочек. Хотя точный механизм РП до сих пор неясен, имеются данные о ранней активации микроглии сетчатки, возникающей первоначально в процессе дегенерации фоторецепторов [121]. Например, Ди Пьердоминико и др. наблюдали крыс P23H-1, модель наследственной дегенерации фоторецепторов [121]. Сокращение рядов ядер фоторецепторов происходило между P10-21 и большее сокращение между P15-21 [121]. Это произошло одновременно с изменениями морфологии микроглии в сторону амебоидной микроглии, наблюдаемыми с помощью гистологического анализа поперечного сечения сетчатки, показывающего, что iba-1-положительная микроглия с более короткими отростками по P15, в то время как общая плотность микроглии сетчатки была значительно выше в P23H-1 крыс по сравнению с контролем между P15-45 [121]. В том же исследовании изучались крысы Королевского колледжа хирургов (RCS), еще одна модель наследственной дегенерации фоторецепторов, и была обнаружена аналогичная тенденция. Наиболее значительная дегенерация фоторецепторов произошла между P33-60, в то время как микроглия сетчатки приобрела амебоидный вид под действием P21-33 [121]. Эта микроглия также мигрировала во внешние слои сетчатки между P21-60. Сетчатка RCS имела значительно более высокую плотность микроглии по сравнению с контрольной группой P21-60, в то время как между P45-60 наблюдалось значительное снижение [121].

5. Периваскулярная микроглия.

Исследование микроглии, расположенной в периваскулярной области (ПМ) или вокруг нее, стало популярной областью исследований из-за связи, установленной между иммунными ответами на неврологические состояния и сосудистой сетью ЦНС [122]. Эти ассоциации наблюдаются там, где у пациентов с диабетической ретинопатией наблюдается значительно повышенное количество гиперразветвленных клеток микроглии ПМ сетчатки по сравнению с таковым у нормальных субъектов [34]. Кроме того, считается, что микроглия ПМ внимательно отслеживает любые поступающие соединения из-за гематоэнцефалического барьера через сосуды в ЦНС [95]. Например, вызванное лекарствами истощение микроглии ПМ у мышей с экспериментальной болезнью Альцгеймера приводило к накоплению амилоидных бляшек в сердечно-сосудистой системе [122]. Другие исследования также обнаружили, что у мышей с моделируемой глаукомой (модель глазной гипертензии, индуцированной лазером) наблюдались стержневые микроглии как в ПМ сетчатки, так и рядом с аксонами сетчатки [22]. Это указывает на то, что морфотипы микроглии неспецифичны для периваскулярных регионов.

6. Визуализация микроглии сетчатки

Создание надежного метода визуализации микроглии сетчатки как неинвазивно, так и in vivo предоставит бесценную возможность для отслеживания связанных с заболеваниями патологий микроглии сетчатки. Действительно, существуют трансгенные мыши, например мыши CX3CR-1GFP, которых специально выводят с целью повышения экспрессии зеленого флуоресцентного белка (GFP) в гене хемокинового рецептора 1 (CX3CR-1) [123–125]. ]. В результате сканирующие лазерные офтальмоскопы (SLO) и системы ОКТ могут использоваться для неинвазивного изображения флуоресцирующей микроглии сетчатки с клеточным разрешением, чтобы исследовать ее форму, пространственное распределение и плотность в реальном времени [37,124–126]. В каждом из этих исследований можно использовать уникальные методы с уникальными системами SLO/OCT, включая многоцветную конфокальную SLO для обнаружения нескольких флуоресцентных маркеров [124], широкопольную автофлуоресцентную визуализацию [125] и флуоресцентную визуализацию с длиной волны 488 нм с использованием коммерческих устройств SLO/OCT [126]. . Хотя это показывает универсальность визуализации мышей Cx3CR-1GFP, генетические модификации часто имеют нежелательные побочные эффекты и в настоящее время не поддаются клиническому переводу.

Несмотря на это, также были сообщения о попытках применения in vivo и неинвазивных методов визуализации на людях [127,128]. Например, Лю и др. разработала систему мультимодальной адаптивной оптики (АО), которая объединила системы SLO и OCT [127]. Суперлюминесцентные диоды также использовались для создания визуализирующих лучей от каждого из AOSLO и AOOCT с добавлением зеркал, расположенных точно так, чтобы они были направлены в глаз, что позволяло получать изображения сетчатки. Хотя им удалось визуализировать микроглию во внутренней пограничной мембране (ILM), они были идентифицированы путем субъективной визуальной интерпретации, и авторы подчеркивают необходимость улучшения из-за длительного процесса (1 час до изображения) [127]. Хотя AOOCT могут создавать изображения с высоким разрешением и на клеточном уровне, это ухудшается из-за ~6-кратного сокращения поля зрения по сравнению с коммерческим аппаратом [128]. Например, Кастанос и др. использовали спектральную область ОКТ на лице в режиме отражения (OCT-R) для получения более крупных изображений сетчатки [128]. При исследовании ILM у здоровых участников наблюдались равномерно распределенные разветвленные макрофагоподобные клетки [128]. У пациентов с диабетической ретинопатией, окклюзией центральных вен сетчатки и открытоугольной глаукомой эти клетки выглядели амебоидными и не были однородными [128]. Благодаря этим морфологическим и распределительным характеристикам авторы интерпретируют эти клетки как микроглию или гиалоциты. Хотя это открывает возможность неинвазивной визуализации сетчатки человека in vivo, авторы признают ограничения своей технологии, включая ручную субъективную интерпретацию морфологии клеток и неопределенное различие типов клеток [128].

7. Противоречивые результаты: причины и ограничения

Хотя вышеупомянутые исследования преследовали схожие цели - обнаружение денситометрических или морфологических особенностей микроглии, некоторые из них дали противоречивые результаты. Возможно, это произошло потому, что многие из использованных методов анализа были субъективными, разнообразными и даже неоднозначными. Эти аспекты можно было бы изменить, чтобы обеспечить более последовательные, репрезентативные и менее предвзятые результаты. Например, при исследовании определенных областей ЦНС, таких как полосатое тело, ЧС, гиппокамп или сетчатка, анализируются случайно выбранные «секции» или «срезы» [86,111,129]. Кроме того, в некоторых исследованиях использовались субъективные меры для различения «разветвленных» и «амебоидных» клеток, а также использовались методы ручного подсчета [99]. Действительно, существуют и другие методы, которые, безусловно, можно использовать для уменьшения воздействия этих субъективных и нерепрезентативных методов. Например, более обширные и эффективные методы визуализации могут быть достигнуты путем сканирования всей сетчатки, а не секторов, и включения z-стеков всех слоев и проекций максимальной интенсивности [24]. Таким образом, можно всесторонне проанализировать наблюдения всей сетчатки и всех ее слоев. Кроме того, алгоритмы, автоматизирующие подсчет клеток, могут использоваться для количественной оценки денситометрических параметров [24].

В свете обнадеживающих будущих исследований, избежание субъективной классификации морфотипов микроглии уже успешно реализовано с использованием изменений в 15 параметрах, определенных в ходе воспаления микроглии, что позволяет проводить морфометрические анализы с помощью автоматизированного программного обеспечения (Fraclac; ImageJ) [130]. Однако важно отметить, что Фернандес-Архона и др. вручную отбирали клетки микроглии для анализа на основе набора критериев, которые состояли из полностью видимого тела клетки и отростков, не перекрывающихся с частями других соседних клеток [130]. ]. Таким образом, полученные данные не были полностью репрезентативными и свободными от систематической ошибки, хотя это и демонстрирует принцип использования количественных данных для определения различных морфотипов.

В клинических и доклинических исследованиях часто участвуют только мужчины [60,91]. Это может быть сделано для уменьшения влияния физиологических различий, таких как овариальный цикл, искажающих результаты исследования или эксперимента. Однако известны половые диморфизмы, объясняющие структурные и функциональные различия микроглиальных реакций на старение и заболевания, включая РС [131]. Это может быть связано с Х-хромосомами, которые экспрессируют наибольшее количество генов, связанных с иммунитетом, во всем геноме человека, а также с эпигенетическими и экологическими влияниями [131,132].

Хан и др. также предполагают, что гормональные различия могут влиять на наличие у мужчин более активированной микроглии на стадиях развития, подвергая их более высокому риску заболеваний, в то время как у женщин это происходит в зрелом возрасте [131]. Другие исследования по опосредованию гиперчувствительности к боли показали участие микроглии у самцов мышей, в то время как у самок мышей необходимы другие иммунные клетки, такие как Т-клетки [133,134]. Хотя сообщений, исследующих половые различия в морфологических характеристиках микроглии сетчатки при рассеянном склерозе, нет, анализ транскриптомных микрочипов самцов и самок мышей двух возрастных групп (3 и 24 мес) показал, что возрастные изменения микроглии сетчатки экспрессия специфических генов сексуально диморфна [135]. Планирование пробных/экспериментальных исследований, основанных на одном поле, может ограничить возможность выявления половых патологических различий при рассеянном склерозе, заболевании, чаще встречающемся у женщин [60]. Вместо этого использование стратифицированного анализа в исследованиях, включающих представителей обоих полов, поможет понять патологические различия между различными подгруппами пациентов в гетерогенной популяции рассеянного склероза. Это также позволит исследовать более крупные группы пациентов в рамках более масштабного многоцентрового исследовательского сотрудничества, что, следовательно, приведет к большей эффективности и возможности обобщения.

В последнее время также проявился интерес к использованию алгоритмов компьютерного зрения и машинного обучения для обеспечения автоматического распознавания и/или категоризации «клеток» или «областей интереса» в данных нейровизуализации. В биомедицинских исследованиях обычно используются машины опорных векторов (SVM), которые считаются методами контролируемого машинного обучения, которые могут классифицировать данные и выполнять регрессионный анализ [136]. Линейные SVM могут использовать входные «обучающие» данные для каждой категории для извлечения признаков, которые можно использовать для определения каждой категории [137]. Затем он использует входные «обучающие» данные для эффективной категоризации каждой точки данных путем изучения указанных определяющих характеристик [137]. Это достигается за счет автоматического определения оптимальной гиперплоскости, которая позволяет отличать каждую точку данных одной категории от другой. Эти алгоритмы машинного обучения уже применялись в исследованиях по прогнозированию деменции у пациентов с использованием данных МРТ высокого разрешения и даже оценок психического состояния [136]. Хотя эти исследования еще не создали алгоритмы, которые имели бы 100% точность и точность, концепция использования общих автоматизированных алгоритмов представляет собой отличную отправную точку для улучшения обработки и анализа биомедицинских данных [136].

8. Заключительные замечания

В заключение отметим, что микроглия открывает захватывающие возможности для исследований нейродегенеративных заболеваний, включая рассеянный склероз. Появляется также все больше данных, показывающих некоторые ранние изменения микроглии сетчатки в ответ на заболевания, что еще раз подтверждает идею использования биомаркеров сетчатки в качестве более раннего метода выявления заболеваний. Кроме того, растет число исследований, изучающих микроглию сетчатки и головного мозга в отношении их морфологических, генетических и молекулярных характеристик. Однако ключом к нашему пониманию их роли является способность выполнять точный и последовательный количественный анализ динамических изменений в структуре, поскольку морфотипы могут быть тесно связаны с функцией микроглии. Мы хотели бы поощрять разработку стандартизированных экспериментальных планов и проверенных алгоритмов анализа данных, поскольку они необходимы для всестороннего определения роли, которую эти важные клетки играют в патогенезе и тяжести заболевания.

Вклад автора:

Написание-планирование, СЦ, ЛГ и МФЦ; письменное – подготовка оригинального проекта, СК; написание — рецензирование и редактирование, SC, LG и MFC; визуализация – СК; надзор — LG и MFC. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование:

Это исследование не получило внешнего финансирования.

Конфликт интересов:

Авторы объявили, что нет никаких конфликтов интересов. Спонсоры не играли никакой роли в написании рукописи.

Рекомендации

1.Ау, НПБ; Ма, CHE. Последние достижения в изучении биполярной/палочковидной микроглии и ее роли в нейродегенерации. Передний. Старение нейробиологов. 2017, 9, 128. [CrossRef]

2. Ли, Ф.; Цзян, Д.; Сэмюэл, М.А. Микроглия в развивающейся сетчатке. Нейронная разработка. 2019, 14, 1–13. [Перекрестная ссылка]

3. Сильверман С.М.; Вонг, WT Микроглия сетчатки: роль в развитии, зрелости и заболеваниях. Анну. Преподобный Вис. наук. 2018, 4, 45–77. [Перекрестная ссылка]

4. Бахштеттер, А.Д.; Игодаро, ET; Хассун, Ю.; Алдейри, Д.; Нелтнер, Дж. Х.; Патель, Э.; Абнер, Эл; Нельсон, П.Т. Палочковидная морфология микроглии связана со старением в двух сериях вскрытий человека. Нейробиол. Старение 2017, 52, 98–105. [Перекрестная ссылка]

5. Холлоуэй, Огайо; Кэнти, Эй Джей; Кинг, А.Е.; Зибелл, Дж. М. Род Микроглия и их роль в неврологических заболеваниях. Семин. Сотовое развитие. Биол. 2019, 94, 96–103. [Перекрестная ссылка]

6. Рамирес, А.И.; Де Хоз, Р.; Салобрар-Гарсия, Э.; Салазар, Джей-Джей; Рохас, Б.; Аджой, Д.; Лопес-Куэнка, И.; Рохас, П.; Тривиньо, А.; Рамирес, Дж. М. Роль микроглии в нейродегенерации сетчатки: болезнь Альцгеймера, Паркинсона и глаукома. Передний. Старение нейробиологов. 2017, 9, 214. [CrossRef] [PubMed]

7. Рашид К.; Ахтар-Шефер, И.; Лангманн, Т. Микроглия при дегенерации сетчатки. Передний. Иммунол. 2019, 10, 1975. [CrossRef] [PubMed]

8. Лапрелл Л.; Шульце, К.; Бреме, МЛ; Эртнер, Т.Г. Роль мембранного потенциала микроглии в хемотаксисе. Дж. Нейровоспаление 2021, 18, 1–10.

9. Карлштеттер, М.; Шольц, Р.; Рутар, М.; Вонг, WT; Провис, Дж. М.; Лангманн, Т. Микроглия сетчатки: просто сторонний наблюдатель или цель терапии? Прог. Ретин. Глаз Рез. 2015, 45, 30–57. [Перекрестная ссылка] [PubMed]

10. Ван Дж.; Ван, Дж.; Ван, Дж.; Ян, Б.; Венг, К.; Он, К. Нацеливание на микроглию и макрофаги: потенциальная стратегия лечения рассеянного склероза. Передний. Фармакол. 2019, 10, 286. [CrossRef]

11. Уокер, Д.Г.; Лю, Л.-Ф. Иммунные фенотипы микроглии при нейродегенеративных заболеваниях человека: проблемы обнаружения поляризации микроглии в мозге человека. Рез. Альцгеймера. Там. 2015, 7, 1–9. [Перекрестная ссылка]

12. Ло, К.; Цзян, К.; Ляо, Ю.; Хуан, К.; Ву, Ю.; Лю, X.; Цзоу, Д.; Ву, Ю. Роль микроглии при рассеянном склерозе. Нейропсихиатр. Дис. Обращаться. 2017, 13, 1661–1667. [Перекрестная ссылка]

13. Яо, К.; Зу, Х.-Б. Поляризация микроглии: новый терапевтический механизм против болезни Альцгеймера. Инфламмофармакология 2020, 28, 95–110. [CrossRef] 14. Рансохофф, Р.М. Противоречивый вопрос: существуют ли микроглия M1 и M2? Нат. Неврология. 2016, 19, 987–991. [Перекрестная ссылка]

15. Гримальди А.; Педикони, Н.; Оиени, Ф.; Пиццарелли, Р.; Розито, М.; Джубеттини, М.; Сантини, Т.; Лиматола, К.; Руокко, Г.; Рагоццино, Д.; и другие. Нейровоспалительные процессы, активация астроцитов А1 и агрегация белков в сетчатке пациентов с болезнью Альцгеймера — возможные биомаркеры ранней диагностики. Передний. Неврология. 2019, 13, 925. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com