Formiranje glijnog ožiljka (glioza) je reaktivni ćelijski proces koji uključuje astrogliozu koja se javlja nakon povrede centralnog nervnog sistema. Kao i kod ožiljavanja u drugim organima i tkivima, glijni ožiljak je mehanizam tijela za zaštitu i započinjanje procesa zacjeljivanja u nervnom sistemu. U kontekstu neurodegeneracije, pokazalo se da formiranje glinog ožiljka ima i korisne i štetne efekte. Posebno, mnoge neurološko-razvojne inhibitorske molekule luče ćelije unutar ožiljka koje sprječavaju potpuni fizički i funkcionalni oporavak centralnog nervnog sistema nakon povrede ili bolesti. S druge strane, odsustvo glinog ožiljka povezano je s oštećenjima u popravci krvno-moždane barijere.
Komponente ožiljka Glijalni ožiljak se sastoji od nekoliko komponenti koje su ukratko objašnjene u nastavku.
Reaktivni astrociti Reaktivni astrociti su glavna ćelijska komponenta glijnog ožiljka. Nakon povrede, astrociti prolaze kroz morfološke promjene, produžuju svoje nastavke i povećavaju sintezu glijnog fibrilnog kiselog proteina (GFAP). GFAP je važan intermedijarni filamentni protein koji omogućava astrocitima da počnu sintetizirati više potpornih struktura citoskeleta i prošire pseudopodije. [Konačno, astrociti formiraju gustu mrežu svojih ekstenzija plazmamembrane koja ispunjava prazan prostor koji stvaraju mrtve ili umiruće neuronske ćelije (proces koji se naziva astroglioza). Jaka proliferacija astrocita također modificira vanćelijski matriks koji okružuje oštećeno područje izlučivanjem mnogih molekula, uključujući laminin, fibronektin, tenascin C i proteoglikane.14561854 Ove molekule su važni modulatori neuronskog rasta. Shodno tome, njihovo prisustvo nakon povrede doprinosi inhibiciji regeneracije.
Još jedna važna napomena u vezi s astrocitnim odgovorom na povrede CNS-a je njegova heterogenost. Konkretno, odgovor astrocita na povredu varira ovisno o faktorima kao što su priroda povrede i mikrookruženje na mjestu povrede.David S, Ness R. (1993). "Heterogeneity of reactive astrocytes." In: Fedoroff S (ed) Biology and pathology of astrocyte-neuron interactions. Plenum Press, New York, pp. 303-312.Fernaud-Espinosa I, Nieto-Sampedro N, Bovolenta P. (1993). "Differential activation of microglia and astrocytes in aniso- and isomorphic gliotic tissue." Glia 8: 277-291. Nadalje, reaktivni astrociti u neposrednoj blizini povrede povećavaju ekspresiju gena, čime se pojačava odgovor drugih astrocita i doprinosi heterogenosti. Posebno, astrociti najbliži leziji uglavnom luče više inhibitornih molekula u ekstraćelijski matriks.
Mikroglija Mikroglija je drugi najistaknutiji tip ćelija prisutan unutar glijnog ožiljka. Oni su analog nervnog sistema imunskog sistema makrofaga. Mikroglija se brzo aktivira u blizini povrede i luče nekoliko citokina, bioaktivnih lipida, faktora koagulacije, reaktivnih međuprodukata kisika i neurotrofnih faktora.Elkabes S, DiCicco-Bloom EM, Black IB (1996). "Brain microglia/ macrophages express neurotrophins that selectively regulate microglial proliferation and function", Journal of Neuroscience 16: 2508–2521 Ekspresija ovih molekula zavisi od lokacije mikroglijnih ćelija u odnosu na povredu, pri čemu ćelije najbliže povredi luče najveću količinu takvih biološki aktivnih molekula.
Endotelne ćelije i fibroblasti Različite biološki aktivne molekule koje luče mikroglija stimulišu i regrutuju endotelne ćelije i fibroblaste. Ove ćelije pomažu u stimulaciji angiogeneze i lučenja kolagena u povrijeđeno područje. Konačno, količina kapilara proširenih u povrijeđeno područje je dvostruko veća od one u nepovrijeđenim regijama centralnog nervnog sistema.Jaeger CB, Blight AR (1997). "Spinal compression injury in guinea pigs: structural changes of endothelium and its perivascular cell associations after blood–brain barrier breakdown and repair." Experimental Neurology 144: 381-399.
Bazna membrana Bazna membrana je histopatološki vanćelijski matriks dio koji se formira u centru povrede i djelimično prekriva astrocitne nastavke. Sastoji se od tri sloja, s baznom laminom kao istaknutim slojem. Molekularno, bazna membrana je stvorena protomerima glikoproteina i proteoglikana. Nadalje, dvije nezavisne mreže formiraju se unutar bazne membrane pomoću kolagena IV i laminina za strukturnu podršku. Ostale molekularne komponente bazne membrane uključuju fibulin-1, fibronektin, entaktin i heparin-sulfat proteoglikan-perlekan. Konačno, astrociti se vežu za baznu membranu, a kompleks okružuje krvne sudove i nervno tkivo, formirajući početni pokrivač rane.
Korisni efekti ožiljka Krajnja funkcija glinog ožiljka je ponovno uspostavljanje fizičkog i hemijskog integriteta CNS-a. To se postiže stvaranjem barijere preko povrijeđenog područja koja zatvara granicu između nervnog i ne-nervnog tkiva. To također omogućava regeneraciju selektivne barijere kako bi se spriječile daljnje mikrobne infekcije i širenje ćelijskog oštećenja. Štaviše, glijni ožiljak stimuliše revaskularizaciju krvnih kapilara, kako bi se povećala nutritivna, trofička i metabolička podrška nervnom tkivu.
Štetni efekti ožiljka Glijni ožiljak također sprečava ponovni rast neurona. Nakon traume CNS-a, aksoni počinju da niču i pokušavaju da se protežu preko mjesta povrede kako bi popravili oštećena područja. Međutim, ožiljak sprečava aksonska proširenja fizičkim i hemijskim sredstvima. Astrociti formiraju gustu mrežu čvrstih veza koja stvara fizičku barijeru za ponovni rast aksona. Nadalje, astrociti luče nekoliko molekula koji inhibiraju rast i hemijski sprečavaju aksonska proširenja. Štaviše, očekuje se da će komponenta bazne membrane generirati dodatnu fizičku i hemijsku barijeru za aksonska proširenja.
Primarni molekularni induktori ožiljka Formiranje glijalnog ožiljka je složen proces. Identificirano je nekoliko glavnih klasa molekularnih medijatora glioze i ukratko su razmotreni u nastavku.
Transformirajući faktor rasta β Dvije neuronski važne potklase porodice molekula transformirajući faktor rasta su TGFβ-1 i TGFβ-2 koji direktno stimuliraju astrocite, endotelne ćelije i makrofage. Uočeno je da se TGFβ-1 povećava odmah nakon povrede centralnog nervnog sistema, dok se ekspresija TGFβ-2 javlja sporije u blizini mjesta povrede. Nadalje, pokazano je da TGFβ-2 stimulira proteoglikane koji inhibiraju rast pomoću astrocita.Asher RA, et al. (2000). "Neurocan is upregulated in injured brain and in cytokine-treated astrocytes." Journal of Neurosciemce 20, 2427–2438. Experimental reduction of TGFβ-1 and TGFβ-2 has been shown to partially reduce glial scarring.Moon LDF, Fawcett JW. (2001). "Reduction in CNS scar formation without concomitant increase in axon regeneration following treatment of adult rat brain with a combination of antibodies to TGFβ1 and β2." European Journal of Neuroscience 14, 1667–1677.
Interleukini Interleukini su još jedna potencijalna porodica ćelijskih glasnika koji izazivaju ožiljke. Posebno, interleukin-1, protein koji proizvode monojedarni fagociti, pomaže u pokretanju upalnog odgovora u astrocitima, što dovodi do reaktivne astroglioze i formiranja glijnog ožiljka.Giulian D, et al. (1988). "Interleukin-1 injected into mammalian brain stimulates astrogliosis and neovascularization." Journal of Neuroscience 8, 2485–2490.Silver J, Miller J. (2004). "Regeneration beyond the glial scar." Nature Reviews Neuroscience. 5(2): 146-156.
Citokini Porodica citokinskih induktora glijnih ožiljaka uključuje interferon-γ (IFNγ) i faktor rasta fibroblasta 2 (FGF2). Pokazalo se da IFNγ inducira proliferaciju astrocita i povećava obim glijnih ožiljaka u modelima povrijeđenog mozga.Yong VW et al. (1991). "γ-Interferon promotes proliferation of adult human astrocytes in vitro and reactive gliosis in the adult mouse brain in vivo." PNAS USA 88, 7016–7020. Nadalje, proizvodnja FGF2 se povećava nakon povrede mozga i kičmene moždine. Također je dokazano da FGF2 povećava proliferaciju astrocita in vitro.Lander C, et al. (1997). "A family of activity-dependent neuronal cell-surface chondroitin sulfate proteoglycans in cat visual cortex." Journal of Neuroscience 17, 1928–1939.Mocchetti I, et al. (1996). "Increased basic fibroblast growth factor expression following contusive spinal cord injury." Experimental Neurology 141, 154–164.
Cilijarni neurotrofni faktor Cilijarni neurotrofni faktor (CNTF) je cytosolni protein koji se ne luči. Pokazalo se da CNTF podstiče preživljavanje neuronskih kultura in vitro, a može djelovati i kao diferencijator i trofički faktor na glijne ćelije. Nadalje, prethodno je pokazano da CNTF utiče na diferencijaciju glinih prekursorskih ćelija in vitro; međutim, uticaj CNTF-a u in vivo okruženju tek je nedavno utvrđen. Winter et all koristili su transgene miševe s prekomjernom ekspresijom CNTF-a, kao i kontrolne miševe divljeg tipa kojima su nivoi CNTF-a vještački povišeni putem injekcije, koji su podvrgnuti oštećenju neurona pomoću ZnSO4 (poznati neuronski degenerativni faktor), koji je intranazalno ubrizgan u olfaktorni epitel. Zatim je procijenjena ekspresija GFAP iRNK - uobičajenog markera za glijni ožiljak. Utvrđeno je da su miševi s povišenim nivoima CNTF-a dvostruko povećali ekspresiju GFAP iRNK. Ovi podaci ukazuju na to da CNTF može posredovati u formiranju glijnog ožiljka nakon oštećenja CNS-a.Winger, CG, et al. (1995). "A role for ciliary neurotrophic factor as an inducer of reactive gliosis, the glial response to central nervous system injury", Proc. Natl. Acad. Sci, USA, 92, 5865 - 5869.
Pojačana regulacija proteina intermedijarnih filamenata nestina Nestin je protein intermedijarnih filamenata (IF) koji pomaže u polimerizaciji IF i stabilnosti makromolekula. Intermedijarni filamenti su sastavni dio pokretljivosti ćelija, što je uslov za bilo kakvu veliku migraciju ili ćelijsku reakciju. Nestin je normalno prisutan tokom razvoja (CNS-a) i reaktivira se nakon manjih stresova na nervni sistem. Međutim, Frisen et al. su utvrdili da je nestin također pojačano regulisan tokom teških stresova kao što su lezije koje uključuju formiranje glijnog ožiljka. Lezije kičmene moždine srednjeg toraksa, lezije optičkog nerva, ali ne i lezije išijadičnog nerva, pokazale su značajno povećanje ekspresije nestina u prvih 48 sati nakon traume. Nadalje, pokazalo se da pojačana regulacija nestina traje i do 13 mjeseci nakon povrede. Ovi podaci ukazuju na to da pojačana regulacija nestina može biti povezana sa ožiljcima glijnog nerva CNS-a.Frisen, J. (1995). "Rapid, widespread, and long lasting induction of nestin contributes to the generation of glial scar tissue after CNS injury", The Journal of Cell Biology 131(2): 453-464.
Suzbijanje formiranja glijnih ožiljaka Osmišljeno je nekoliko tehnika za sprječavanje formiranja ožiljaka. Takve tehnike se mogu kombinovati sa drugim tehnikama neuroregeneracije živčanih kanala, kako bi se pomoglo u funkcionalnom oporavku.
Olomoucin Olomoucin, derivat purina, je inhibitor ciklin-zavisne kinaze (CDK). CDK je protein koji podstiče ćelijski ciklus, koji se, zajedno sa drugim proteinima koji podstiču rast, abnormalno aktivira tokom formiranja glijnih ožiljaka. Takvi proteini mogu povećati proliferaciju astrocita i također mogu dovesti do ćelijske smrti, čime se pogoršava oštećenje ćelija na mjestu lezije. Pokazalo se da primjena olomoucina peritoneumski suzbija funkciju CDK. Nadalje, pokazalo se da olomoucin smanjuje smrt neuronskih ćelija, smanjuje astroglijnu proliferaciju (i stoga smanjuje astrogliozu) i povećava ekspresiju GAP-43, korisnog proteinskog markera za rast neurita. Štaviše, smanjena proliferacija astrocita smanjuje ekspresiju hondroitin-sulfat proteoglikana (CSPG), glavnih molekula vanćelijskog matriksa, povezanih s inhibicijom neuroregeneracije nakon traume CNS-a.Tian D, et al. (2006). "Suppression of Astroglial Scar Formation and Enhanced Axonal Regeneration Associated with Functional Recovery in a Spinal Cord Injury Rat Model by the Cell Cycle Inhibitor Olomoucine", Journal of Neuroscience Research 84: 1053-1063.