Szukaj
Mózg wysyła sygnały alarmowe wcześniej, niż sądziliśmy. Naukowcy szukają ich we krwi
UdostępnijCzy uszkodzenie bariery krew–mózg można wykryć, zanim pojawią się pierwsze objawy choroby neurologicznej? To pytanie pozostaje jednym z największych wyzwań współczesnej neurologii. Zespół badaczy z udziałem naukowców Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu przeanalizował światowe badania metabolomiczne i wskazał grupę związków chemicznych, które mogą pełnić rolę wczesnych biomarkerów uszkodzenia tej niezwykle ważnej struktury. Publikacja ukazała się w czasopiśmie Comprehensive Physiology, punktowanym na 200 pkt. wg listy ministerialnej (MEiN).
Strażnik mózgu
Bariera krew–mózg jest jedną z najważniejszych struktur ochronnych organizmu. Tworzy szczelną granicę między krwią a tkanką nerwową, kontrolując, które substancje mogą dostać się do mózgu. Dzięki temu chroni neurony przed toksynami, drobnoustrojami i nadmierną aktywnością układu odpornościowego.
Jej uszkodzenie odgrywa jednak kluczową rolę w rozwoju wielu chorób – od stwardnienia rozsianego, przez udar mózgu, po chorobę Alzheimera, Parkinsona czy neuroinfekcje. Problem polega na tym, że obecnie nie dysponujemy prostymi metodami pozwalającymi wcześnie wykryć zaburzenia funkcjonowania bariery.
Coraz większe nadzieje wiąże się z metabolomiką – dziedziną badającą niewielkie cząsteczki powstające podczas procesów metabolicznych. To właśnie one mogą odzwierciedlać pierwsze zmiany zachodzące w organizmie jeszcze przed wystąpieniem objawów klinicznych.
Nie tylko uszkodzenie. Cała kaskada zmian
Jednym z najważniejszych wniosków publikacji jest to, że uszkodzenie bariery krew–mózg nie jest pojedynczym zdarzeniem.
– Nasze badania rzucają nowe światło na to, co dokładnie dzieje się, gdy bariera krew–mózg traci swoją szczelność, wskazując, że nie jest to tylko zwykłe mechaniczne „pęknięcie tamy”, ale skomplikowana lawina zdarzeń metabolicznych – mówi Andrzej Wasilewski, pierwszy autor publikacji, student VI roku kierunku lekarskiego Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu oraz III roku prawa na Uniwersytecie Wrocławskim, założyciel i przewodniczący Studenckiego Koła Naukowego Chemii Medycznej i Immunochemii.
Analiza wykazała, że największe znaczenie mają zaburzenia trzech grup procesów metabolicznych:
- metabolizmu alaniny, asparaginianu i glutaminianu,
- metabolizmu azotu,
- biosyntezy aminokwasów rozgałęzionych (BCAA).
To właśnie te szlaki najczęściej pojawiały się we wszystkich analizowanych badaniach i wykazywały najsilniejszy związek z uszkodzeniem bariery krew–mózg.
Glutaminian – przyjaciel, który może stać się wrogiem
Szczególną uwagę autorzy zwrócili na glutaminian i glutaminę. W prawidłowych warunkach glutaminian jest najważniejszym neuroprzekaźnikiem pobudzającym w mózgu i odpowiada za procesy uczenia się oraz pamięci. Problem pojawia się wtedy, gdy jego stężenie staje się zbyt wysokie.
– Okazuje się, że w centrum tego neurozapalnego chaosu znajduje się zaburzony metabolizm glutaminianu i glutaminy, które w nadmiarze prowadzą do zjawiska ekscytotoksyczności i bezpośrednio uszkadzają połączenia ścisłe chroniące mózg – wyjaśnia Andrzej Wasilewski.
Ekscytotoksyczność oznacza nadmierne pobudzenie komórek nerwowych, które prowadzi do ich uszkodzenia, a nawet śmierci. Wyniki sugerują, że właśnie ten mechanizm może być jednym z głównych czynników napędzających pogłębianie się uszkodzeń bariery krew–mózg.
Aminokwasy o dwóch obliczach
Interesujących informacji dostarczyła również analiza aminokwasów rozgałęzionych – leucyny, izoleucyny i waliny.
Na co dzień związki te wspierają prawidłowe funkcjonowanie układu nerwowego oraz uczestniczą w produkcji energii. Badanie pokazuje jednak, że w warunkach przewlekłego stanu zapalnego ich rola może się zmieniać.
– Równie fascynującą, podwójną rolę odgrywają aminokwasy rozgałęzione (BCAA), takie jak walina, leucyna i izoleucyna – choć naturalnie wspierają układ nerwowy, to w obliczu stanu zapalnego stają się elementem destrukcyjnym, uaktywniającym enzymy dosłownie „rozpuszczające” barierę zewnątrzkomórkową – mówi autor.
Badacze zaobserwowali również zmiany świadczące o zaburzeniach gospodarki energetycznej komórek, przebudowie błon komórkowych oraz nasilonym działaniu tlenku azotu, który dodatkowo zwiększa przepuszczalność naczyń.
W kierunku prostego badania krwi
Autorzy podkreślają, że ich praca nie doprowadziła jeszcze do odkrycia pojedynczego "idealnego biomarkera". Pokazała jednak, że istnieją charakterystyczne wzorce zmian metabolicznych pojawiające się niezależnie od rodzaju choroby neurologicznej.
– Odczytanie tych powtarzalnych, biochemicznych „odcisków palców” daje nadzieję, że w przyszłości rutynowa i mało inwazyjna analiza próbki krwi pozwoli odpowiednio wcześnie diagnozować uszkodzenia mózgu. Do tego konieczne są jednak dalsze badania – podkreśla Andrzej Wasilewski.
Autorzy zaznaczają jednak, że droga do praktycznego zastosowania tych odkryć jest jeszcze długa. Dotychczasowe badania różniły się wykorzystywanymi metodami analitycznymi, rodzajem próbek biologicznych oraz modelami chorób. Zanim biomarkery będzie można wykorzystać w diagnostyce klinicznej, konieczne jest przeprowadzenie dużych, wieloośrodkowych badań z zastosowaniem ujednoliconych metod.
Badanie pokazuje również, jak ważna we współczesnej medycynie jest współpraca specjalistów z różnych dziedzin.
– Metabolomika nie istnieje w próżni. Jest to dziedzina interdyscyplinarna, będąca w swej istocie grą zespołową. Nasz projekt stanowi doskonały przykład synergii naukowców reprezentujących szerokie spektrum specjalizacji – podsumowuje Andrzej Wasilewski.
CZY WIESZ, ŻE…?
- Bariera krew–mózg działa jak wysoce selektywny filtr, który decyduje, jakie substancje mogą dostać się do mózgu.
- Naukowcy zidentyfikowali 157 metabolitów związanych z jej uszkodzeniem, a 25 z nich powtarzało się w co najmniej dwóch niezależnych badaniach.
- Najważniejsze zmiany dotyczyły metabolizmu glutaminianu, glutaminy oraz aminokwasów BCAA.
- Wyniki mogą przybliżyć opracowanie prostego badania krwi, które pozwoli wcześniej wykrywać uszkodzenie bariery krew–mózg i monitorować przebieg chorób neurologicznych.
Artykuł powstał na podstawie:
Wasilewski A., Serrafi A., Działak I. i wsp. Metabolomic Markers and Pathways of Blood–Brain Barrier Damage: A Systematic Review. Comprehensive Physiology.