Czy uszkodzenie bariery krew–mózg można wykryć, zanim pojawią się pierwsze objawy choroby neurologicznej? Odpowiedź na to pytanie jest wciąż jednym z wyzwań współczesnej neurologii. Zespół badaczy z udziałem naukowców Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu przeanalizował dostępne badania metabolomiczne i wskazał grupę związków, które mogą pełnić rolę biomarkerów uszkodzenia bariery krew–mózg.
Wyniki pracy sugerują, że w przyszłości charakterystyczne zmiany metaboliczne mogłyby pomóc w opracowaniu prostego badania krwi, pozwalającego wcześniej wykrywać uszkodzenie bariery i monitorować przebieg chorób neurologicznych. Na razie jest to jednak perspektywa wymagająca potwierdzenia w kolejnych badaniach.
Kaskada zmian
Bariera krew–mózg tworzy szczelną granicę między krwią a tkanką nerwową. Kontroluje, które substancje mogą przedostać się do mózgu, chroniąc neurony m.in. przed toksynami, drobnoustrojami i nadmierną aktywnością układu odpornościowego.
Jej zaburzenie odgrywa rolę w wielu chorobach neurologicznych, m.in. stwardnieniu rozsianym, udarze mózgu, chorobie Alzheimera i Parkinsona oraz neuroinfekcjach. Jednym z problemów jest brak prostych metod pozwalających wcześnie wykrywać zaburzenia funkcjonowania tej bariery.
Naukowcy zwrócili uwagę, że uszkodzenie bariery krew–mózg nie jest pojedynczym zdarzeniem, lecz wiąże się z całą kaskadą zmian metabolicznych.
– 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 i student VI roku kierunku lekarskiego Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu.
157 metabolitów
W analizowanych badaniach naukowcy zidentyfikowali 157 metabolitów związanych z uszkodzeniem bariery krew–mózg. 25 z nich powtarzało się w co najmniej dwóch niezależnych badaniach.
Największe znaczenie miały zaburzenia trzech grup procesów metabolicznych: metabolizmu alaniny, asparaginianu i glutaminianu, metabolizmu azotu oraz biosyntezy aminokwasów rozgałęzionych (BCAA).
Szczególną uwagę autorzy zwrócili na glutaminian i glutaminę. W prawidłowych warunkach glutaminian jest najważniejszym neuroprzekaźnikiem pobudzającym w mózgu i uczestniczy m.in. w procesach uczenia się i pamięci. Jego nadmierne stężenie może jednak prowadzić do ekscytotoksyczności, czyli nadmiernego pobudzenia komórek nerwowych i ich uszkodzenia.
– 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.
Druga strona działania
Badacze analizowali również aminokwasy rozgałęzione – leucynę, izoleucynę i walinę. Związki te są potrzebne do prawidłowego funkcjonowania układu nerwowego i uczestniczą w produkcji energii.
Wyniki sugerują 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.
Analiza wskazała także na zmiany związane z gospodarką energetyczną komórek, przebudową błon komórkowych oraz nasilonym działaniem tlenku azotu, który może zwiększać przepuszczalność naczyń.
Czy powstanie badanie z krwi?
Autorzy podkreślają, że ich praca nie doprowadziła do wskazania jednego, „idealnego” biomarkera. Pokazała natomiast charakterystyczne wzorce zmian metabolicznych, które pojawiały 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.
Do zastosowania takich biomarkerów w praktyce klinicznej droga jest jeszcze długa. Analizowane badania różniły się m.in. metodami analitycznymi, rodzajem próbek biologicznych i modelami chorób. Potrzebne są więc duże, wieloośrodkowe badania prowadzone z zastosowaniem ujednoliconych metod.
Autorzy podkreślają również znaczenie współpracy 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.
Praca „Metabolomic Markers and Pathways of Blood–Brain Barrier Damage: A Systematic Review” została opublikowana w czasopiśmie „Comprehensive Physiology”. Jej autorami są A. Wasilewski, A. Serrafi, I. Działak i współpracownicy.
Źródło: informacja prasowa Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu oraz publikacja naukowa https://doi.org/10.1002/cph4.70086.
