Czy uszkodzenie bariery krew–mózg można wykryć, zanim pojawią się pierwsze objawy choroby neurologicznej? Zespół naukowców z Uniwersytetu Medycznego im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego oraz Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu przeanalizował światowe badania metabolomiczne i wskazał grupę związków chemicznych, które mogą pełnić rolę wczesnych biomarkerów uszkodzenia tej niezwykle ważnej struktury.
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 w tym zakresie 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.
Naukowcy z Uniwersytetu Medycznego im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego oraz Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu przeanalizował światowe badania metabolomiczne i wskazali grupę związków chemicznych, które mogą pełnić rolę wczesnych biomarkerów uszkodzenia tej niezwykle ważnej struktury.
Nasze badania rzucają nowe światło na to, co dokładnie się dzieje, 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, 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: 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.
Szczególną uwagę badacze 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.
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 – podkreśla Wasilewski.
Naukowcy zaobserwowali również zmiany świadczące o zaburzeniach gospodarki energetycznej komórek, przebudowie błon komórkowych oraz nasilonym działaniu tlenku azotu, który dodatkowo zwiększa przepuszczalność naczyń.
Analiza nie doprowadziła wprawdzie 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 – zaznacza Andrzej Wasilewski.
Wyniki badań ukazały się na łamach czasopisma „Comprehensive Physiology”.
Alisa Hasiak, źródło: UMW