Чупашко О. І., Ковальчук С. М., Ванівський М. М.

РОЛЬ ГЛІМФАТИЧНОЇ СИСТЕМИ У ПІДТРИМАННІ ЦЕРЕБРАЛЬНОГО ГОМЕОСТАЗУ ЗА УМОВ НОРМИ ТА НЕЙРОПАТОЛОГІЇ

---

Показати/Завантажити PDF

Про автора:

Чупашко О. І., Ковальчук С. М., Ванівський М. М.

Рубрика:

ОГЛЯДИ ЛІТЕРАТУРИ

Тип статті:

Наукова стаття

Анотація:

Незважаючи на складну цитоархітектуру ЦНС, високу чутливість і метаболічну активність нейроклітин, досі не виявлено спеціалізованої анатомічної структури, яка б сприяла ефективному «лімфатичному» очищенню позаклітинних розчинених речовин, потенційно токсичних метаболітів. Світові наукові джерела висвітлили концепцію існування глімфатичної системи, яка уможливлює дренування мозку від розчинених в інтерстиції позаклітинних шкідливих субстанцій. При цьому водні канали типу аквапорину-4 (AQP4) є важливою складовою цієї системи і порушення їх функції пов’язане з низкою нейропатологій. Попри те, що вже описані потенційні модулятори AQP, існує багато застережень використання їх як терапевтичної мішені через низьку медикаментозну чутливість. Відомо, що критичним фактором ризику нейродегенеративних захворювань є старіння. Також експериментально доведено, що при старінні знижується активність глімфатики. Відповідно, це може призводити до накопичення неправильно згорнутих і гіперфосфорильованих білків і, таким чином, мозок стає вразливим до розвитку нейродегенеративної патології. Аномальне розширення периваскулярного простору частіше спостерігається при хворобі Альцгеймера у суб’єктів похилого віку, що свідчить про можливу деформацію глімфатичних шляхів і подальше зниження кліренсу білка. Сучасні дослідження фокусуються у напрямку з’ясування змін глімфатичного дренажу мозку і за умов його травматичного ушкодження. Сучасні дослідження показали, що гостре ушкодження мозку, включаючи черепно-мозкову травму, субарахноїдальний крововилив або інсульт, різко змінює функцію глімфатики та погіршує конвективний потік рідини. Також експериментально підтверджено, що черепно-мозкова травма середньої тяжкості характеризуються тривалим зниженням глімфатичної функції, що збільшує ризик розвитку хронічної травматичної енцефалопатії. Розуміння причин та механізмів порушення функціонування глімфатичної системи, сприятиме прогнозуванню, а також відпрацюванню методів діагностики та лікування важливих нейродегенеративних захворювань і травматичних ушкоджень мозку.

Теги:

Список цитованої літератури:

1. Abbott NJ, Pizzo ME, Preston JE, Janigro D, Thorne RG. The role of brain barriers in fluid movement in the cns: is there a ’glymphatic’ system? Acta Neuropathol. 2018;135:387-407.
2. Alshuhri MS, Gallagher L, Work LM, Holmes WM. Direct imaging of glymphatic transport using H217O MRI. JCI Insight. 2021;6:141-59. DOI: 10.1172/jci.insight.141159.
3. Hladky SB, Barrand MA. The glymphatic hypothesis: the theory and the evidence. Fluids Barriers CNS. 2022;19:9.
4. Goedert M, Eisenberg DS, Crowther RA. Propagation of tau aggregates and neurodegeneration. Annu. Rev. Neurosci. 2017;40:189-210.
5. Reeves BC, Karimy JK, Kundishora AJ, Mestre H, Cerci HM, Matouk C, etal. Glymphatic System Impairment in Alzheimer’s Disease and Idiopathic Normal Pressure Hydrocephalus. Trends Mol Med. 2020;26(3):285-295.
6. Xie L, Kang H, Xu Q, Chen MJ, Liao Y, Thiyagarajan M, O’Donnell J, Christensen DJ, Nicholson C, Iliff JJ, et al. Sleep drives metabolite clearance from the adult brain. Science. 2013;342:373-77. DOI: 10.1126/science.1241224.
7. Achariyar TM, Li B, Peng W, Verghese PB, Shi Y, McConnell E, et al. Glymphatic distribution of CSF-derived apoE in to brain is isoform specific an dsuppressed during sleep deprivation. Mol. Neurodegener. 2016;11:74.
8. Rangroo TV, Thrane AS, Plog BA, Thiyagarajan M, Iliff JJ, Deane R, etal. Paravascular microcirculation facilitates rapid lipid transport and astrocyte signaling in the brain. ScienceReports. 2013;3:2582.
9. Iliff JJ, Wang M, Liao Y, Plogg BA, Peng W, Gundersen GA, et al. A Paravascular Pathway Facilitates CSF Flow Through the Brain Parenchyma and the Clearance of Interstitial Solutes, Including Amyloid b. Science Translational Medicine. 2012;15;4(147):147ra111.
10. Hubbard JA, Hsu MS, Seldin MM, Binder DK. Expression of the astrocyte water channel aquaporin-4 in the mouse brain. ASN Neuro. 2015;7:1759091415605486.
11. Meli R, Pirozzi C, Pelagalli A. New Perspectives on the Potential Role of Aquaporins (AQPs) in the Physiology of Inflammation. Frontiers in Physiology. 2018;9:101.
12. Haj-Yasein NN, Bugge CE, Jensen V, Ostby I, Ottersen OP, Hvalby O, et al. Deletion of aquaporin-4 increases extracellular K(+) concentration during synaptic stimulation in mouse hippocampus. Brain Structure and Function. 2014;4:2469-74.
13. Fukuda AM, Badaut J. Aquaporin 4: a player in cerebral edema and neuroinflammation. J. Neuroinflammation. 2012;9:279. DOI: 10.1186/1742-2094-9-279.
14. Riba M, Valle J, Molina-Porcel L, Pelegrí C, Vilaplana J. Wasteosomes (corporaamylacea) as a hallmark of chronic glymphatic insufficiency. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2022;29;119(48):e2211326119.
15. Benveniste H, Liu X, Koundal S, Sanggaard S, Lee H, Wardlaw J. The glymphatic system and waste clearance with brain aging: areview. Gerontology. 2019;65:106-19.
16. Hablitz LM, Nedergaard M. The glymphatic system: a novel component of fundamental neurobiology. J. Neurosci. 2021;41:7698-7711.
17. Zeppenfeld DM, Simon M, Haswell JD, D’Abreo D, Murchison C, Quinn JF, et al. Association of Perivascular Localization of Aquaporin-4 With Cognition and Alzheimer Disease in Aging Brains. JAMA Neurol. 2017;74:91-99.
18. Harrison IF, Ismail O, Machhada A, Colgan N, Ohene Y, Nahavandi P, et al. Impaired glymphatic function and clearance of tau in an Alzheimer’s disease model. Brain. 2020;143:2576-93.
19. Peng W, Achariyar TM, Li B, Liao Y, Mestre H, Hitomi E, et al. Suppression of glymphatic fluid transportin mouse model of Alzheimer’s disease. Neurobiol. Dis. 2016;93:215-25.
20. Reddy OC, vander Werf YD. The sleeping brain: harnessing the power of the glymphatic system through lifestyle choices. Brain Sci. 2020;10(11):868.
21. Rasmussen MK, Mestre H, Nedergaard M. The glymphatic pathway in neurological disorders. The Lancet Neurology. 2018;17(11):1016- 24.
22. Bakker EN, Bacskai BJ, M. Arbel-Ornathetal M. Lymphatic clearance of the brain: perivascular, paravascular and significance for neurodegenerative diseases. Cell. Molecul. Neurobiol. 2016;36(2):181-94.
23. Shokri-Kojori E, Wang G-J, Wiers CE, Demiral SB, Guo M, Kim SW, et al. β-Amyloid accumulation in the human brain after one night of sleep deprivation. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2018;115(17):4483-88.
24. Si X, Guo T, Wang Z, Fang Y, Gu L, Cao L, еt al. Neuroimaging evidence of glymphatic system dysfunction in possible REM sleep behavior disorder and Parkinson’s disease. NPJ Parkinsons Dis. 2012;8:54. DOI: 10.1038/s41531-022-00316-9.
25. Benveniste H, Heerdt PM, Fontes M, Rothman DL, Volkow ND. Glymphatic system function in relation to anesthesia and sleep states. Anesth. Analg. 2019;128:747-58.
26. Bellesi M, deVivo L, Tononi G, Cirelli C. Effects of sleep and wake on astrocytes: clues from molecular and ultrastructural studies. BMC Biol. 2015;13:66.
27. Iliff JJ, Chen MJ, Plog BA, Zeppenfeld DM, Soltero M, Yang L, et al. Impairment of glymphatic pathway function promotes tau pathology after traumatic brain injury. J. Neurosci. 2014;34:16180-93.
28. Plog BA, Nedergaard M. The glymphatic system in central nervous system health and disease: past, present, and future. Annu Rev Pathol. 2018;13:379-94.
29. Sullan MJ, Asken BM, Jaffee MS, DeKosky ST, Bauer RM. Glymphatic system disruption as a mediator of brain trauma and chronic traumatic encephalopathy. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 2018;84:316-24.
30. Cruz-Haces М, Tang J, Acosta G, Fernandez J, Shi R. Pathological correlations between traumatic brain injury and chronic neurodegenerative diseases. Transl Neurodegener. 2017;6:20.
31. Castriotta RJ, Wildev MC, Lai JM, Atanasov S, Masel BE, Kuna ST. Prevalence and consequences of sleep disorders in traumatic brain injury. Journal of Clinical Sleep Medicine. 2007;3(4):349-56.
32. Edwards G, Zhao J, Dash PK, Soto C, Moreno-Gonzalez I. Traumatic brain injury induces tau aggregation and spreading. Journal of Neurotrauma. 2020;37(1):80-92.
33. Campbell BC, DeSilva DA, Macleodetal MR. Ischaemic stroke. Nature Reviews Disease Primers. 2019;5(1):1-22.
34. Davoodi-Bojd E, Ding G, Zhang L, Li Q, Li L, Chopp M, et al. Modeling glymphatic system of the brain using MRI. J. Neuroimage. 2019;188:616-27. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2018.12.039.

Публікація статті:

«Вісник проблем біології і медицини», 2023 Випуск 3, 170, 134-144 сторінки, код УДК 612.822:616.831-092.18

DOI:

10.29254/2077-4214-2023-3-170-134-144