Celele gliale îndeplinesc o varietate de funcții de suport și întreținere, iar un tip în special – celula glială astrocitară – are capacitatea unică de a forma țesut cicatricial în jurul neuronilor afectați. Prezența țesutului cicatricial este asociată cu efecte inhibitoare asupra regenerării neuronilor maturi care sunt afectați de leziuni ale măduvei spinării. Cu toate acestea, dovezi recente sugerează că aceste efecte inhibitoare sunt reversibile, iar în cadrul unei noi lucrări, oamenii de știință de la Școala de Medicină Lewis Katz de la Universitatea Temple (LKSOM) și de la Universitatea din Pennsylvania arată că celulele gliale astrocitare pot juca, de fapt, un rol major în facilitarea reparării neuronilor.
„Am descoperit că glia are un comutator metabolic asociat cu metabolismul glucozei care, atunci când este declanșat, inversează efectele inhibitorii asupra creșterii și promovează regenerarea axonilor”, a explicat Shuxin Li, MD, PhD, profesor de anatomie și biologie celulară la Centrul de Cercetare Pediatrică al Spitalului Shriners de la LKSOM și cercetător principal al noului studiu.
Cercetarea, publicată la 16 septembrie în revista Cell Metabolism, este prima care stabilește o legătură între metabolismul glucozei în celulele gliale și regenerarea funcțională a neuronilor deteriorați din sistemul nervos central.
În colaborare cu cercetătorul principal Yuanquan Song, PhD, profesor asistent de patologie și medicină de laborator la Școala de Medicină Perelman a Universității din Pennsylvania, Dr. Li și colegii săi și-au propus să investigheze modul în care formarea țesutului cicatricial indus de celulele gliale are impact asupra regenerării axonilor, folosind atât modele de mușcă, cât și de șoarece de leziuni axonale. În experimentele inițiale, aceștia au confirmat ceea ce studiile anterioare au indicat, și anume că efectele negative ale activității celulelor gliale asupra regenerării axonului sunt într-adevăr reversibile. Dar cercetătorii au descoperit, de asemenea, că trecerea de la efectele pozitive la cele negative asupra regenerării axonului este direct legată de starea metabolică a celulelor gliale.
În experimentele ulterioare la muște, cercetătorii s-au concentrat în mod special asupra glicolizei – calea metabolică responsabilă de descompunerea glucozei – și au descoperit că doar reglarea în sus a acestei căi în celulele gliale a fost suficientă pentru a promova regenerarea axonului. Același rezultat a fost observat și la șoareci. Investigații suplimentare pe modele de muște și șoareci au dus la identificarea a doi metaboliți ai glucozei, lactat și hidroxiglutarat, care acționează ca mediatori cheie ai trecerii gliale de la o reacție inhibitorie la un răspuns stimulativ.
„În modelul de muscă, am observat regenerarea axonilor și îmbunătățiri dramatice în recuperarea funcțională atunci când am aplicat lactat la țesutul neuronal deteriorat”, a spus Dr. Li. „Am constatat, de asemenea, că la șoarecii răniți, tratamentul cu lactat a îmbunătățit semnificativ capacitatea locomotorie, restabilind o anumită capacitate de mers, în raport cu animalele netratate.”
Dr. Li și colegii săi au examinat calea specifică prin care lactatul și hidroxiglutaratul acționează pentru a spori regenerarea axonilor. Experimentele au arătat că atunci când celulele gliale sunt activate, acestea eliberează metaboliți ai glucozei, care ulterior se atașează la moleculele cunoscute sub numele de receptori GABAB de pe suprafața neuronilor și, astfel, activează căile din neuroni care stimulează creșterea axonului.
„Descoperirile noastre indică faptul că activarea receptorilor GABAB indusă de lactat poate avea un rol critic în recuperarea neuronală după o leziune a măduvei spinării”, a spus Dr. Li. „Mai mult decât atât, acest proces este condus de o trecere metabolică la glicoliza aerobă, care duce în mod specific la producerea de lactat și alți metaboliți ai glucozei.”
Cercetătorii plănuiesc în continuare să testeze capacitățile regenerative ale lactatului și ale moleculelor înrudite la animale mai mari și să determine ce molecule sunt cele mai eficiente pentru promovarea regenerării. „Următoarele faze ale lucrării noastre ar putea pregăti terenul pentru viitoarele studii translaționale la pacienții umani afectați de leziuni ale măduvei spinării”, a adăugat Dr. Li.
Alți cercetători care au contribuit la această lucrare sunt Feng Li și Jingyun Qiu, Raymond G. Perelman Center for Cellular and Molecular Therapeutics, The Children’s Hospital of Philadelphia; Armin Sami, Harun N. Noristani, Kieran Slattery, Thomas Groves și Shuo Wang, Shriners Hospitals Pediatric Research Center (Center for Neurorehabilitation and Neural Repair) și Department of Anatomy and Cell Biology, LKSOM; Kelly Veerasammy, Yuki X. Chen, Jorge Morales și Ye He, The City College of New York; și Paula Haynes și Amita Sehgal, HHMI, Chronobiology and Sleep institute, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania.