Gdy strażnik traci czujność…

Publikacja „Metabolomic Markers and Pathways of Blood–Brain Barrier Damage: A Systematic Review”¹ ukazała się w czasopiśmie „Comprehensive Physiology”.

Bariera krew–mózg stanowi jedną z najważniejszych osłon organizmu. Tworzy szczelną granicę między łożyskiem naczyniowym a tkanką nerwową, precyzyjnie kontrolując przepływ substancji do ośrodkowego układu nerwowego. Dzięki temu chroni neurony przed toksynami, drobnoustrojami oraz nadmierną reakcją układu odpornościowego.

Zaburzenie jej integralności odgrywa kluczową rolę w rozwoju wielu schorzeń – od stwardnienia rozsianego i udaru mózgu, po chorobę Alzheimera, chorobę Parkinsona czy neuroinfekcje. Współczesna diagnostyka nie dysponuje jednak prostymi metodami pozwalającymi na szybką detekcję tych nieprawidłowości.

Duże nadzieje wiąże się z metabolomiką – dziedziną badającą cząsteczki powstające w przebiegu procesów przemiany materii. To właśnie one mogą sygnalizować pierwsze zmiany patologiczne zachodzące w organizmie jeszcze w fazie bezobjawowej.

Nie tylko uszkodzenie. Cała kaskada zmian

Jednym z najważniejszych wniosków płynących z pracy jest fakt, że utrata szczelności przez barierę krew–mózg nie jest zdarzeniem incydentalnym, lecz procesem złożonym.

– Nasze analizy rzucają nowe światło na to, co dokładnie dzieje się, gdy struktura ta traci swoją integralność. Wskazują, że nie mamy do czynienia ze zwykłym, mechanicznym „pęknięciem tamy”, ale ze skomplikowaną lawiną zdarzeń metabolicznych – wyjaśnił Andrzej Wasilewski, pierwszy autor publikacji, student czwartego roku kierunku lekarskiego Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu oraz trzeciego roku prawa na Uniwersytecie Wrocławskim, a także założyciel i przewodniczący Studenckiego Koła Naukowego Chemii Medycznej i Immunochemii.

Analiza wykazała, że kluczowe znaczenie mają zaburzenia w trzech obszarach:

• metabolizmie alaniny, asparaginianu i glutaminianu,
• metabolizmie azotu,
• biosyntezie aminokwasów rozgałęzionych.

To właśnie te szlaki biochemiczne najczęściej powtarzały się w poddanych analizie pracach i wykazywały najsilniejszy związek z dysfunkcją bariery krew–mózg.

Glutaminian – przyjaciel, który staje się wrogiem

Szczególną uwagę badacze zwrócili na glutaminian i glutaminę. W warunkach fizjologicznych glutaminian jest głównym neuroprzekaźnikiem pobudzającym w mózgu, odpowiadającym za procesy uczenia się oraz pamięć. Zagrożenie pojawia się w momencie, gdy jego stężenie gwałtownie rośnie.

– Okazuje się, że w centrum tego neurozapalnego chaosu znajduje się zaburzony metabolizm glutaminianu i glutaminy. Ich nadmiar prowadzi do zjawiska ekscytotoksyczności i bezpośrednio niszczy połączenia ścisłe chroniące mózg – dodał Andrzej Wasilewski.

Ekscytotoksyczność oznacza nadmierną stymulację komórek nerwowych, która prowadzi do ich uszkodzenia, a w konsekwencji do obumierania. Wyniki sugerują, że ten mechanizm stanowi jeden z głównych czynników napędzających postępującą degradację struktury ochronnej mózgu.

Aminokwasy o dwóch obliczach

Istotnych danych dostarczyła również analiza aminokwasów rozgałęzionych – leucyny, izoleucyny i waliny.

W fizjologii związki te wspierają prawidłowe funkcjonowanie układu nerwowego i uczestniczą w wytwarzaniu energii. Wyniki pokazują jednak, że w warunkach przewlekłego stanu zapalnego ich rola ulega odwróceniu.

– Podwójną rolę odgrywają aminokwasy BCAA. Choć naturalnie wspierają układ nerwowy, to w obliczu stanu zapalnego stają się czynnikiem destrukcyjnym, aktywującym enzymy dosłownie „rozpuszczające” macierz zewnątrzkomórkową – tłumaczył autor.

Badacze zaobserwowali ponadto zaburzenia gospodarki energetycznej komórek, przebudowę błon komórkowych oraz nasilone działanie tlenku azotu, który dodatkowo zwiększa przepuszczalność naczyń.

W stronę prostego badania krwi

Autorzy podkreślili, że ich praca nie wskazuje jeszcze jednego, „idealnego biomarkera”. Udowadnia jednak istnienie powtarzalnych wzorców metabolicznych, które pojawiają się niezależnie od konkretnej jednostki chorobowej.

– Odczytanie tych biochemicznych „odcisków palców” daje nadzieję, że w przyszłości rutynowa i mało inwazyjna analiza próbki krwi pozwoli na wczesną diagnostykę uszkodzeń mózgu – podsumował Andrzej Wasilewski.

Droga do zastosowania tych odkryć w praktyce klinicznej wymaga jednak dalszych prac. Dotychczasowe doniesienia różniły się zastosowanymi metodami analitycznymi, rodzajem materiału biologicznego oraz modelami chorobowymi. Wdrożenie biomarkerów do rutynowej diagnostyki będzie możliwe dopiero po przeprowadzeniu zakrojonych na szeroką skalę, wieloośrodkowych badań walidacyjnych z użyciem ujednoliconych procedur.

Otrzymane wyniki pokazały również, jak istotna we współczesnej medycynie jest interdyscyplinarna współpraca ekspertów z różnych dziedzin nauki.

Przypis: 

1. www.onlinelibrary.wiley.com/70086.

Mózg w trybie samozagładyKomórki mózgowe do tej pory uważane za wyłączenie wspomagające układ nerwowy mogą z czasem wywoływać spadek sprawności umysłowej.

Przeczytaj także: „Mózg w trybie standby” i „Gra o niepamięć”.