Stwardnienie rozsiane - przyczyny i patogeneza

Przyczyny stwardnienia rozsianego

Przyczyna stwardnienia rozsianego pozostaje nieznana. Nie ma przekonujących dowodów na to, że wirus lub jakikolwiek inny czynnik zakaźny jest jedyną przyczyną tej choroby. Jednak wirusy zostały uznane za najbardziej prawdopodobny czynnik etiologiczny choroby, co zostało potwierdzone danymi epidemiologicznymi i niektórymi z ich dobrze znanych właściwości. Niektóre wirusy mogą wpływać na stan układu odpornościowego, utrzymywać się w formie utajonej w ośrodkowym układzie nerwowym i powodować demielinizację w ośrodkowym układzie nerwowym. Ponadto, zgodnie z niektórymi danymi, pacjenci ze stwardnieniem rozsianym mają zmienioną reaktywność immunologiczną na niektóre powszechne wirusy, w tym zwiększoną reakcję na wirusy odry. Podostre stwardniające zapalenie mózgu, rzadkie powikłanie zakażenia odrą, które ujawnia się wiele lat po pozornie korzystnym ustąpieniu choroby, może służyć jako model utrzymywania się wirusów w ośrodkowym układzie nerwowym. Niektóre wirusy i niektóre bakterie mogą być związane z rozwojem ostrego rozsianego zapalenia mózgu i rdzenia (ADEM). Zwykle jest to jednofazowa choroba demielinizacyjna, patologicznie podobna do stwardnienia rozsianego, ale nie identyczna z nim. Wirus nosówki psów, który jest blisko spokrewniony z wirusem odry, został uznany za „pierwotny skutek stwardnienia rozsianego” Kurtzkego, którym rdzenni mieszkańcy Wysp Owczych zostali zarażeni przez psy przywiezione na wyspy przez wojska brytyjskie. Wirus zapalenia mózgu i rdzenia kręgowego u myszy Theilera, pikornawirus, jest eksperymentalnym modelem demielinizacji ośrodkowego układu nerwowego u gryzoni, ich naturalnych żywicieli.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Czynniki środowiskowe

Czynniki środowiskowe, w tym narażenie na czynniki wirusowe i bakteryjne, takie jak wirus Epsteina-Barr (EBV), wirus opryszczki ludzkiej typu 6 i Mycoplasma pneumoniae [ 5 ], a także palenie [ 6 ], niedobór witamin [ 7 ], dieta [ 8 ], [ 9 ] i narażenie na promieniowanie UV [ 10 ] są powiązane z rozwojem stwardnienia rozsianego.

Obce czynniki mogą mieć antygen jądrowy, który jest strukturalnie homologiczny do składników osłonki mielinowej, takich jak białko proteolipidowe, podstawowe białko mieliny i glikoproteina związana z mieliną. Tak więc, gdy komórki odpornościowe są aktywowane przez te patogeny, następuje uszkodzenie osłonki mielinowej.

Istnieją obecnie dowody na to, że palenie odgrywa ważną rolę w rozwoju stwardnienia rozsianego ze względu na powstawanie tlenku azotu (NO) i tlenku węgla (CO). NO jest toksycznym gazem rozpuszczalnym, który w stężeniach patologicznych może uszkadzać neurony i oligodendrocyty [ 11 ], [ 12 ]. Peroksydacja lipidów wywołana NO i uszkodzenie mitochondriów mogą prowadzić do apoptozy oligodendrocytów, zwyrodnienia aksonów i demielinizacji [ 13 ].

Poprzednie badanie wykazało, że narażenie na działanie CO powoduje zablokowanie natlenienia tkanek [ 14 ], degradację podstawowego białka mieliny (MBP) i uszkodzenie aksonów, a także późniejszą reakcję zapalną obejmującą inwazję aktywowanych mikroglejów i limfocytów CD4+ do ośrodkowego układu nerwowego, co prowadzi do demielinizacji [ 15 ].

Niedobór witamin (szczególnie witamin D i B12) jest uważany za czynnik ryzyka stwardnienia rozsianego. Witamina D to grupa rozpuszczalnych w tłuszczach sekosteroidów, która obejmuje witaminę D3 (cholekalcyferol) i witaminę D2 (ergokalcyferol). Cholekalcyferol może być wytwarzany w skórze przez promieniowanie ultrafioletowe B na 7-dehydrocholesterol, który jest prekursorem cholekalcyferolu.

W wątrobie cholekalcyferol jest przekształcany w prohormon kalcydiol [25(OH)D3] poprzez hydroksylację wątrobową. W nerkach, w wyniku hydroksylacji nerkowej, część kalcydiolu zostaje zastąpiona kalcytriolem, który jest biologicznie aktywną formą witaminy D. W krążeniu kalcytriol wiąże się z białkiem wiążącym witaminę D i jest transportowany do różnych tkanek docelowych, skąd wiąże się ze specyficznymi receptorami wewnątrzkomórkowymi i odgrywa ważną rolę w proliferacji i różnicowaniu komórek [ 16 ]. Ponadto witamina ta odgrywa rolę w ekspresji genów i regulacji odporności [ 17 ], a także w indukcji apoptozy limfocytów B [ 18 ], syntezie IL-10 [ 19 ] i supresji cytokin prozapalnych, takich jak IFN-γ [ 20 ] i IL-2 [ 21 ].

Witamina B12 jest ważnym czynnikiem w tworzeniu składników osłonki mielinowej. Zatem niedobór tej witaminy może być główną przyczyną chorób neurologicznych, takich jak stwardnienie rozsiane. Wyniki poprzednich badań pacjentów ze stwardnieniem rozsianym wykazały, że suplementacja witaminą B12 poprawiła przebieg kliniczny stwardnienia rozsianego [ 22 ].

Oprócz niedoboru witamin, krótkotrwała ekspozycja na światło słoneczne została zidentyfikowana jako potencjalny czynnik ryzyka rozwoju stwardnienia rozsianego. Wyniki poprzednich badań wykazały odwrotną zależność między ekspozycją na promieniowanie ultrafioletowe a występowaniem stwardnienia rozsianego. Na poparcie tej zależności, światło słoneczne jest głównym źródłem witaminy D3 i poprzez indukcję komórek T-regulatorowych (Treg) i cytokin przeciwzapalnych, takich jak IL-10 i TNF-α, może wywierać działanie immunomodulacyjne na organizm człowieka. MS [ 23 ].

Według poprzednich raportów dieta może być czynnikiem środowiskowym zaangażowanym w rozwój stwardnienia rozsianego [ 24 ]. Badania wykazały istotny negatywny związek między ryzykiem stwardnienia rozsianego a wysokim spożyciem ryb [ 25 ], pozytywny istotny związek między wysokim spożyciem kalorii na bazie tłuszczu zwierzęcego a ryzykiem stwardnienia rozsianego [ 26 ], nieistotne statystycznie zmniejszone ryzyko między występowaniem stwardnienia rozsianego a wyższym spożyciem kwasu linolowego z ryb oraz pozytywny istotny związek między otyłością u dziewcząt w okresie dojrzewania a ryzykiem stwardnienia rozsianego [ 27 ].

Możliwe mechanizmy demielinizacji wywołanej wirusem

• Bezpośrednia ekspozycja na wirusy
• Wniknięcie wirusa do oligodendrocytów lub komórek Schwanna powoduje demielinizację poprzez lizę komórek lub zmianę metabolizmu komórkowego
• Zniszczenie błony mielinowej przez wirus lub jego produkty
• Odpowiedź immunologiczna wywołana wirusem
• Produkcja przeciwciał i/lub odpowiedź komórkowa na antygeny wirusowe na błonie komórkowej
• Uczulenie organizmu gospodarza na antygeny mielinowe
• Rozpad mieliny spowodowany infekcją, którego fragmenty przedostają się do krwiobiegu
• Włączenie antygenów mielinowych do otoczki wirusa
• Modyfikacja antygenów błony mielinowej
• Antygeny krzyżowo reagujące wirusa i białek mieliny
• Demielinizacja jako proces uboczny
• Dysfunkcja mechanizmów regulacyjnych układu odpornościowego pod wpływem wirusów

Choroba podobna do rdzeniowego stwardnienia rozsianego jest wywoływana przez retrowirusa, ludzkiego wirusa limfotropowego komórek T typu 1. Choroba jest znana w różnych obszarach geograficznych jako tropikalna spastyczna parapareza lub mielopatia związana z HIV. Zarówno tropikalna spastyczna parapareza, jak i mielopatia związana z HIV są powoli postępującymi mielopatiami charakteryzującymi się waskulopatią i demielinizacją. Dowody na to, że stwardnienie rozsiane jest wywoływane przez retrowirusa, pozostają niejednoznaczne, pomimo faktu, że sekwencje DNA ludzkiego wirusa limfotropowego komórek T typu 1 zostały zidentyfikowane u niektórych pacjentów ze stwardnieniem rozsianym. Opisano również masywną demielinizację związaną z podostrą infekcją wirusem opryszczki pospolitej typu 6. Istnieją pewne dowody na to, że niektóre bakterie, szczególnie chlamydia, mogą być zaangażowane w rozwój stwardnienia rozsianego, ale to również wymaga potwierdzenia.

Rola czynników genetycznych w rozwoju stwardnienia rozsianego

Rola czynników rasowych i etnicznych w kształtowaniu predyspozycji do stwardnienia rozsianego jest trudna do oddzielenia od wpływu czynników zewnętrznych. Tak więc potomkowie imigrantów ze Skandynawii i Europy Zachodniej, charakteryzujących się wysokim ryzykiem stwardnienia rozsianego, osiedlili się w Kanadzie, północnych i zachodnich regionach Stanów Zjednoczonych, gdzie również odnotowuje się stosunkowo wysoką częstość występowania stwardnienia rozsianego. Chociaż Japonia znajduje się w tej samej odległości od równika, częstość występowania stwardnienia rozsianego w tym kraju jest niska. Ponadto szereg badań wykazało, że ryzyko zachorowania na tę chorobę różni się w zależności od grup etnicznych zamieszkujących ten sam obszar. Na przykład choroba jest rzadka u czarnych Afrykanów i nieznana w niektórych etnicznie czystych populacjach Aborygenów, w tym Eskimosów, Inuitów, Indian, Aborygenów australijskich, plemienia Maorysów w Nowej Zelandii czy plemienia Samów.

Markery genetyczne predyspozycji do stwardnienia rozsianego są identyfikowane w badaniach bliźniąt i rodzinnych przypadków choroby. W krajach zachodnich ryzyko rozwoju choroby u krewnych pierwszego stopnia pacjenta jest 20-50 razy wyższe niż średnia dla populacji. Współczynnik zgodności u bliźniąt jednojajowych, według kilku badań, wynosi około 30%, podczas gdy u bliźniąt dwujajowych i innego rodzeństwa wynosi mniej niż 5%. Ponadto wykazano, że współczynnik zgodności u bliźniąt jednojajowych może być wyższy, gdy weźmie się pod uwagę przypadki, w których obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) ujawnia bezobjawowe zmiany w mózgu. Badania te nie wykazały zależności cech klinicznych lub ciężkości choroby od jej rodzinnego charakteru. Nie zidentyfikowano konkretnych genów związanych ze stwardnieniem rozsianym, a rodzaj transmisji choroby odpowiada dziedziczeniu poligenicznemu.

Badanie genomu

Prowadzone są wieloośrodkowe badania przesiewowe całego genomu w celu zidentyfikowania możliwych genów stwardnienia rozsianego. Badania te przetestowały już ponad 90% ludzkiego genomu, ale nie wykryły markerów genetycznych tej choroby. Jednocześnie zidentyfikowano powiązanie genetyczne z regionem HLA na krótkim ramieniu chromosomu 6 (6p21), co pokrywa się z danymi dotyczącymi zwiększonej predyspozycji do stwardnienia rozsianego u osób będących nosicielami pewnych alleli HLA. Chociaż amerykańscy i brytyjscy naukowcy wykazali umiarkowane powiązanie z regionem HLA, kanadyjscy naukowcy nie znaleźli takiego powiązania, ale, podobnie jak fińscy naukowcy, znaleźli silne powiązanie z genem zlokalizowanym na krótkim ramieniu chromosomu 5. Wiadomo, że niektóre allele HLA są związane z wyższym ryzykiem stwardnienia rozsianego, szczególnie haplotyp HLA-DR2 (podtyp Drw15). Ryzyko zachorowania na stwardnienie rozsiane u białych Europejczyków i Amerykanów Północnych będących nosicielami allelu DR2 jest czterokrotnie wyższe niż średnia populacyjna. Wartość predykcyjna tej cechy jest jednak ograniczona, gdyż u 30–50% pacjentów ze stwardnieniem rozsianym nie stwierdza się genu DR2, podczas gdy w populacji ogólnej DR2 występuje u 20% pacjentów.

Inne czynniki ryzyka rozwoju stwardnienia rozsianego

Ryzyko zachorowania na stwardnienie rozsiane u młodych kobiet jest dwukrotnie wyższe niż u mężczyzn. Jednak po 40. roku życia stosunek płci wśród pacjentów ze stwardnieniem rozsianym wyrównuje się. Okres największego ryzyka zachorowania przypada na 2.–6. dekadę życia, chociaż zgłaszano przypadki stwardnienia rozsianego u małych dzieci i osób starszych. Według kilku badań stwardnienie rozsiane w dzieciństwie nie różni się znacząco od choroby u dorosłych ani pod względem objawów klinicznych, ani przebiegu. Po 60. roku życia stwardnienie rozsiane rozwija się rzadko, a w niektórych seriach klinicznych przypadki te stanowią mniej niż 1% całkowitej liczby przypadków choroby.

Wyższy status społeczno-ekonomiczny wiąże się z wyższym ryzykiem choroby, a wcześniejsze zakażenie wirusowe wiąże się z zaostrzeniami choroby. Sugerowano, że przyczyną stwardnienia rozsianego może być uraz fizyczny, ale ta opinia jest kontrowersyjna, ponieważ takiego związku nie potwierdzono przekonująco ani w badaniach retrospektywnych, ani prospektywnych. Badania przebiegu choroby w czasie ciąży pokazują, że aktywność choroby zmniejsza się w tym okresie, ale w pierwszych 6 miesiącach po porodzie ryzyko zaostrzeń choroby wzrasta.

Kompleks mielinowo-oligodendocytarny

Mielina jest złożoną, metabolicznie aktywną, warstwową osłonką otaczającą aksony o dużej średnicy. Tworzy ją dwuwarstwowa błona wyrostków oligodendrocytów (w ośrodkowym układzie nerwowym) i komórek Schwanna (w obwodowym układzie nerwowym - PNS). Wewnętrzna warstwa osłonki wypełniona jest cytoplazmą odpowiednich komórek tworzących mielinę. Chociaż osłonka mielinowa jest wrażliwa na bezpośrednie uszkodzenia, może również ucierpieć, gdy uszkodzone zostaną komórki ją tworzące. Osłonka mielinowa w ośrodkowym układzie nerwowym i PNS ma różną wrażliwość na uszkodzenia zapalne. Jednocześnie mielina w PNS jest rzadziej uszkadzana przez demielinizację OUN i odwrotnie. Różnice między mieliną OUN i PNS można również prześledzić w składzie białek strukturalnych, strukturze antygenu i funkcjonalnych związkach z odpowiednimi komórkami. W mielinie OUN głównym białkiem strukturalnym jest białko proteolipidowe (50%), które kontaktuje się z przestrzenią pozakomórkową. Następnym najczęściej występującym białkiem jest zasadowe białko mieliny (30%), które jest zlokalizowane na wewnętrznej powierzchni błony dwuwarstwowej. Inne białka, chociaż obecne w małych ilościach, mogą również odgrywać rolę antygenową w immunopatogenezie stwardnienia rozsianego. Należą do nich glikoproteina związana z mieliną (1%) i glikoproteina mieliny oligodendrocytów (mniej niż 1%).

Ponieważ kompleks mielina-oligodendrocyty OUN obejmuje więcej aksonów niż kompleks mielina-lemmocyty PNS, jest on bardziej wrażliwy na uszkodzenia. Tak więc w OUN jeden oligodendrocyt może mielinizować do 35 aksonów, podczas gdy w PNS jest jedna komórka Schwanna na akson.

Mielina jest substancją o dużej oporności i małej przewodności, która wraz z nierównomiernym rozmieszczeniem kanałów sodowych zapewnia generowanie potencjałów czynnościowych w określonych wyspecjalizowanych obszarach aksonu - węzłach Ranviera. Węzły te powstają na granicy dwóch obszarów pokrytych mieliną. Depolaryzacja błony aksonu zachodzi tylko w obszarze węzła Ranviera, w wyniku czego impuls nerwowy przemieszcza się wzdłuż włókna nerwowego w dyskretnych skokach - od węzła do węzła - ten szybki i energooszczędny sposób przewodzenia nazywa się przewodzeniem saltacyjnym.

Ponieważ kompleks mielina-oligodendrocyty jest wrażliwy na szereg czynników uszkadzających - metabolicznych, zakaźnych, niedokrwienno-niedotleniowych, zapalnych - demielinizacja jest możliwa w różnych chorobach. Wspólną cechą chorób demielinizacyjnych jest zniszczenie osłonki mielinowej przy względnym zachowaniu aksonów i innych elementów podporowych. W procesie diagnozowania stwardnienia rozsianego należy wykluczyć szereg innych skutków, w tym zatrucie tlenkiem węgla lub innymi substancjami toksycznymi, dysfunkcję wątroby, niedobór witaminy B12, infekcje wirusowe lub reakcje powirusowe. Pierwotna zapalna demielinizacja w stwardnieniu rozsianym lub ADEM charakteryzuje się okołonaczyniowym naciekiem komórek zapalnych i wieloogniskowym rozmieszczeniem zmian w podkorowej istocie białej, a ogniska mogą być symetryczne lub zlewne.

Patomorfologia stwardnienia rozsianego

Ważne informacje na temat stwardnienia rozsianego uzyskano z porównawczego badania histologicznego zmian demielinizacyjnych (blaszek) w różnym wieku u tego samego pacjenta, a także z porównania pacjentów o różnych cechach klinicznych i przebiegu. Niektórzy pacjenci zmarli w wyniku piorunującego przebiegu niedawnego stwardnienia rozsianego, inni - z powodu chorób współistniejących lub powikłań w późnym stadium choroby.

Makroskopowe zmiany w mózgu i rdzeniu kręgowym w stwardnieniu rozsianym zwykle nie są wyraźnie wyrażone. Zauważa się jedynie łagodny zanik kory mózgowej z rozszerzeniem komór, a także zanik pnia mózgu i rdzenia kręgowego. Gęste różowoszare zagłębienia wskazujące na obecność blaszek pod spodem można wykryć na brzusznej powierzchni mostu, rdzenia przedłużonego, ciała modzelowatego, nerwów wzrokowych i rdzenia kręgowego. Blaszki znajdują się w istocie białej, czasami w istocie szarej mózgu. Blaszki najczęściej znajdują się w określonych obszarach istoty białej - na przykład w pobliżu małych żył lub żyłek postkapilarnych. Często wykrywa się je w pobliżu komór bocznych - w tych obszarach, gdzie żyły podwyściółkowe przebiegają wzdłuż wewnętrznych ścian, a także w pniu mózgu i rdzeniu kręgowym - gdzie żyły oponowe sąsiadują z istotą białą. Pojedyncze blaszki w strefie okołokomorowej często mają tendencję do łączenia się w miarę powiększania się, szczególnie w okolicy tylnych rogów komór bocznych. Oddzielne jajowate blaszki w istocie białej półkul, zorientowane prostopadle do komór, nazywane są palcami Dawsona. Histologicznie są to ograniczone strefy zapalenia z demielinizacją lub bez niej, które otaczają żyły miąższowe i odpowiadają ich promieniowemu przebiegowi głęboko w istocie białej.

Dane kliniczne i patologiczne wskazują, że nerwy wzrokowe i rdzeń kręgowy szyjny są często dotknięte chorobą demielinizacyjną. Zakłada się, że częste tworzenie się blaszek w tych strukturach jest wyjaśnione przez rozciąganie mechaniczne, którego doświadczają podczas ruchów oczu lub zginania szyi, ale słuszność tej hipotezy nie została udowodniona. Niektóre inne obszary mózgu są często zaangażowane - dno czwartej komory, strefa okołowodociągowa, ciało modzelowate, pień mózgu i szlaki móżdżkowe. Połączenie istoty szarej i białej półkul mózgowych (strefa połączenia korowo-rdzeniowego) może być również zaangażowane, ale podkorowe połączenia w kształcie litery U zwykle pozostają nienaruszone.

Wieloogniskowa demielinizacja jest regułą w stwardnieniu rozsianym. W serii autopsji 70 pacjentów ze stwardnieniem rozsianym, tylko 7% pacjentów miało uszkodzenie mózgu (z wyłączeniem patologii nerwu wzrokowego) bez zaangażowania rdzenia kręgowego, a tylko 13% pacjentów miało uszkodzenie rdzenia kręgowego bez zaangażowania mózgu.

Zmiany histologiczne w stwardnieniu rozsianym

Najwcześniejsze zmiany poprzedzające demielinizację pozostają kontrowersyjne. W mózgu pacjentów ze stwardnieniem rozsianym nacieki okołonaczyniowe składające się z limfocytów, komórek plazmatycznych i makrofagów występują zarówno w zdemielinizowanej, jak i normalnie mielinowanej istocie białej. Komórki te mogą gromadzić się w okołożylnych przestrzeniach Virchowa-Robina między naczyniami krwionośnymi a miąższem mózgu, które są połączone z układem krążenia płynu mózgowo-rdzeniowego. Dane te można uznać za dowód decydującej patogenetycznej roli układu odpornościowego w stwardnieniu rozsianym. Według pośrednich oznak reakcja zapalna występuje nie tylko jako konsekwencja zmian w mielinie. Świadczy o tym obecność podobnych okołonaczyniowych nagromadzeń limfocytów w siatkówce pozbawionej włókien mielinowych u pacjentów ze stwardnieniem rozsianym. W stwardnieniu rozsianym obserwuje się nacieki okołonaczyniowe i ogniskowe zaburzenia bariery krew-siatkówka.

Zaproponowano różne interpretacje mechanizmu niszczenia mieliny w ogniskach stwardnienia rozsianego. Niektórzy uważają, że monocyty absorbują tylko fragmenty osłonki mielinowej, które zostały już zniszczone przez inne czynniki. Inni uważają, że monocyty są bezpośrednio zaangażowane w niszczenie mieliny. Błony makrofagów zawierają zagłębienia pokryte klatryną, które sąsiadują z osłonką mielinową. Zakłada się, że to właśnie tam zachodzi zależna od Fc interakcja między przeciwciałem a receptorem, prowadząca do opsonizacji mieliny przez monocyty. Wykazano również, że makrofagi bezpośrednio penetrują osłonkę mielinową, powodując tworzenie się pęcherzyków w mielinie.

Produkty degradacji mieliny w cytoplazmie makrofagów są markerami ostrej demielinizacji. Skład i ultrastruktura tych fragmentów znajdujących się wewnątrz makrofagów odpowiadają normalnej mielinie. W miarę postępu rozkładu ultrastruktura ulega zniszczeniu, tworzą się kropelki neutralnego tłuszczu, a makrofagi przyjmują piankowaty wygląd. Takie makrofagi znikają z ognisk znacznie wolniej i są tam wykrywane 6-12 miesięcy po ostrej demielinizacji.

„Świeże” ogniska demielinizacji charakteryzują się obecnością dużej liczby komórek, głównie komórek B, komórek plazmatycznych, limfocytów CD4 ⁺ i CD8 ⁺ T oraz wczesnych reaktywnych makrofagów, które znajdują się w obrębie blaszki i na jej obrzeżach. Morfologicznie można wykryć ostre zmiany aksonalne w postaci kuleczek. Całkowita lub nieudana remielinizacja jest często obserwowana na obrzeżach zmian. Czasami w tych lub sąsiednich obszarach stwierdza się oznaki powtarzającej się demielinizacji. Czasami cała blaszka jest remielinizowana. Takie blaszki nazywane są „zacienionymi”, ponieważ łączą się z otaczającą je normalną białą istotą zarówno w badaniu makroskopowym, jak i w neuroobrazowaniu.

Pochodzenie populacji komórek remielinizujących pozostaje nieznane. Źródłem remielinizujących oligodendrocytów mogą być dojrzałe komórki, które uniknęły zniszczenia w miejscu urazu, komórki, które migrowały z sąsiedniego obszaru lub młode oligodendrocyty, które powstały z komórek prekursorowych. Uważa się, że stopień zniszczenia dojrzałych oligodendrocytów determinuje potencjał remielinizacji w danym miejscu, który może być bardzo zmienny. Donoszono, że komórki Schwanna migrują do rdzenia kręgowego i remielinizują aksony.

W porównaniu z normalnymi aksonami, remielinizowane aksony mają cieńszą osłonkę mielinową ze skróconymi segmentami mielinowymi i poszerzonymi węzłami Ranviera. Dane eksperymentalne pokazują, że demielinizowane aksony mogą przywrócić funkcje elektrofizjologiczne, ale czy jest to związane z regresją objawów w stwardnieniu rozsianym, pozostaje nieznane. Po remielinizacji eksperymentalnie demielinizowanych aksonów przy użyciu przeszczepionych komórek glejowych zaobserwowano niemal całkowite przywrócenie prawidłowego przewodnictwa, co wskazuje, że przeszczep komórek może być skuteczny w stwardnieniu rozsianym.

Stare zmiany z nieaktywnymi strefami centralnymi zwykle zawierają niewiele makrofagów i innych komórek zapalnych, chociaż aktywna demielinizacja i naciek zapalny mogą występować na marginesach. Przewlekle demielinizowane aksony są osadzone w macierzy włóknistych wypustek astroglejowych, stąd termin stwardnienie. Ściany naczyń krwionośnych mogą być pogrubione przez hialinizację. Potencjał remielinizacji wydaje się być niższy w starych zmianach niż w świeżych, ponieważ zawierają mniej żywych oligodendrocytów.

Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) jest bardzo czułą techniką obrazowania blaszek. Chociaż zwykły MRI nie odróżnia wiarygodnie obrzęku od demielinizacji, gliozy lub utraty aksonów, te zmiany są często określane jako zmiany demielinizacyjne. Strzałkowe, koronalne i osiowe obrazy MRI mózgu i rdzenia kręgowego pozwalają na zbadanie topografii zmian u danego pacjenta. Strzałkowe obrazy mózgu najlepiej pokazują zmiany w ciele modzelowatym i ich rozprzestrzenianie się w górę przez promieniowanie wzrokowe do kory mózgowej. Obrazy koronalne pozwalają na zbadanie lokalizacji zmian w stosunku do ścian komór. Obrazy osiowe są najbardziej przydatne do lokalizowania i ilościowego określania zmian. Zmiany stwardnienia rozsianego pojawiają się na obrazach T2-zależnych jako obszary hiperintensywne (białe), które dobrze kontrastują z ciemniejszym tłem normalnej istoty białej, ale są słabo odróżnialne od płynu mózgowo-rdzeniowego (PMR) komór. Na obrazach gęstości protonów zmiany mają większą intensywność niż płyn mózgowo-rdzeniowy i pozornie nienaruszona istota biała, które są ciemniejsze. Na obrazach FLAIR kontrast między zmianą a otaczającą ją istotą białą jest wzmocniony.

MPT, MPC i ewolucja zmian patologicznych w stwardnieniu rozsianym

Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego w dynamice pozwala uzyskać informacje o rozwoju zmian patologicznych w mózgu w czasie. Integralność bariery krew-mózg można ocenić za pomocą środka kontrastowego - gadolinu-diethientriaminepentaoctanu (Gd-DPTA) - środka paramagnetycznego, który wydłuża czas relaksacji T1 otaczających ruchomych protonów wody, dzięki czemu ogniska na obrazach T1-zależnych wydają się jaśniejsze. Przepuszczalność bariery krew-mózg jest związana z obecnością pęcherzyków wewnątrz komórek śródbłonka, które zawierają Gd. Badania na zwierzętach laboratoryjnych i ludziach wykazały, że stopień kontrastowania z Gd-DPTA odzwierciedla nasilenie zapalenia okołonaczyniowego. Seria badań MRI z wprowadzeniem Gd-DPTA pokazuje kontrastowanie na wczesnym etapie rozwoju zmian, które trwa od 2 tygodni do 3 miesięcy. W miarę jak zmiany stają się niewzmocnione, zanikają całkowicie lub pojawiają się jako obszary hiperintensywne na obrazach T2-zależnych.

Lokalizacja zmian w MRI często nie odpowiada objawom klinicznym, chociaż aktywność zmian ma pewien związek z przebiegiem stwardnienia rozsianego. Na przykład nowe zmiany częściej zwiększają sygnał w stwardnieniu rozsianym wtórnym niż w pierwotnie postępującym. Zmiany te są widoczne zarówno na obrazach T2-zależnych, jak i na obrazach T1-zależnych z kontrastem i wskazują na obecność obrzęku naczyniowego i zwiększonej zawartości wody pozakomórkowej. Wykrywanie aktywnych zmian można poprawić, podając wyższą dawkę Gd-DPTA.

Spektroskopia rezonansu magnetycznego (MRS), która kwantyfikuje metabolizm mózgu in vivo, może określić integralność aksonów za pomocą rezonansu protonowego N-acetyloasparaginianu (NAA) zawartego w neuronach. W większych zmianach (określonych za pomocą konwencjonalnego MRI) i w cięższej chorobie poziom NAA w zmianach jest niższy.

Immunopatogeneza stwardnienia rozsianego

Przeważająca opinia wśród ekspertów jest taka, że stwardnienie rozsiane opiera się na komórkowej reakcji immunologicznej skierowanej przeciwko jednemu lub większej liczbie antygenów mielinowych OUN. Zmiany histopatologiczne na wczesnym etapie rozwoju zmian demielinizacyjnych przekonująco wskazują na kluczową rolę limfocytów T. Komórki pomocnicze T (limfocyty CD4) są wykrywane w zmianach na wczesnym etapie i uważa się, że inicjują kaskadę zapalną. Komórki T supresorowe/cytotoksyczne (limfocyty CD8) znajdują się na obwodzie zmian i w przestrzeniach okołonaczyniowych i mogą mieć działanie kontrregulacyjne na procesy prozapalne. Ponadto wykrywa się miejscowe wzmocnienie reaktywności immunologicznej z ekspresją cząsteczek głównego kompleksu zgodności tkankowej (MHC) klasy I i II zarówno na komórkach odpornościowych, jak i nieodpornościowych, w tym astrocytach i komórkach śródbłonka naczyniowego. Tak więc komórki te mogą potencjalnie uczestniczyć w odpowiedzi immunologicznej poprzez prezentowanie autoantygenów mielinowych komórkom CD8 i CD4. Co ważne, oligodendrocyty nie wydają się wyrażać cząsteczek MHC klasy I lub II, co sugeruje, że nie odgrywają one głównej roli w immunopatogenezie. Makrofagi obecne w zmianie chorobowej są rekrutowane do OUN z obwodu i/lub pochodzą z lokalnych komórek mikroglejowych.

Chociaż nie zidentyfikowano konkretnego autoantygenu w stwardnieniu rozsianym, hipotezą roboczą jest, że choroba opiera się na proliferacyjnej odpowiedzi komórek T na jeden lub więcej antygenów mielinowych. Specyficzność receptorów komórek T dla antygenów mielinowych na wczesnym etapie może nie odpowiadać repertuarowi receptorów komórek T w zaawansowanym etapie choroby, prawdopodobnie z powodu zjawiska „ekspansji epitopu”, w wyniku którego komórki T in situ nabywają powinowactwo do szerszego zakresu autoantygenów. Obwodowe komórki T uzyskane od pacjentów ze stwardnieniem rozsianym są w stanie reagować z wieloma antygenami mielinowymi OUN, w tym z zasadowym białkiem mieliny (MBP), białkiem proteolitycznym (PLP), glikoproteiną związaną z mieliną (MAG) i glikoproteiną mieliny-oligodendrocytów (MOG). Jednak komórki T zdolne do reagowania z MBP i PLB są również wykrywane u zdrowych osób.

Jeśli SM jest spowodowane przez aktywowane mielinowo uwrażliwione komórki T, sugeruje to załamanie mechanizmów tolerancji immunologicznej. Centralna tolerancja immunologiczna jest ustalana wcześnie w grasicy i obejmuje zarówno pozytywną, jak i negatywną selekcję komórek T rozpoznających antygeny MHC, eliminując te, które mają powinowactwo do autoantygenów. Obwodowa tolerancja immunologiczna jest utrzymywana przez aktywne tłumienie potencjalnie autoreaktywnych komórek. Nadal nie wiadomo, w jaki sposób rozwija się tolerancja na antygeny OUN, ponieważ OUN jest zwykle „strefą uprzywilejowaną” dla układu odpornościowego. Dowody na to, że komórki T kontaktują się z MHC poza OUN, pochodzą z odkrycia genu Golli-MBP (wyrażanego w liniach oligodendrocytów). Ten gen, który jest wyrażany w grasicy płodowej, śledzionie i leukocytach, może być zaangażowany w mechanizmy pozytywnej lub negatywnej selekcji komórek T reagujących na MBP w grasicy.

Przeprowadzono szczegółowe badania w celu ustalenia, czy liczba patogennych klonów komórek T jest ograniczona u pacjentów ze stwardnieniem rozsianym. Większość z tych badań badała specyficzność łańcucha alfa-beta receptora komórek T przy użyciu testów rearanżacji genów i proliferacji indukowanej antygenem. Źródłami komórek T w tych badaniach były tkanka mózgowa, płyn mózgowo-rdzeniowy i krew obwodowa. W niektórych przypadkach stwardnienia rozsianego i EAE u gryzoni zidentyfikowano ograniczony repertuar zmiennego regionu łańcucha alfa-beta receptora aktywowanych komórek T, co może odzwierciedlać specyficzną reaktywność na pewne fragmenty MBP. Porównanie komórek T reaktywnych na MBP u różnych pacjentów i gatunków zwierząt laboratoryjnych ujawnia dużą zmienność ekspresji genu receptora i specyficzności MBP. Fakt, że osoby z HLA DR2+ mają wyższe ryzyko rozwoju stwardnienia rozsianego, wskazuje na znaczenie interakcji ze specyficznymi receptorami komórek T. Steinman i in. (1995) wykazali, że u osób z HLA DR2+ odpowiedzi komórek B i T są skierowane głównie przeciwko pewnym fragmentom łańcucha peptydowego MBP (od 84 do 103 aminokwasów).

Takie badania mają praktyczne zastosowanie, umożliwiając opracowanie peptydów, które mogą blokować lub stymulować reakcje ochronne poprzez wpływ na interakcję receptora-antygenu-MHC komórki T, która wyzwala proces patologiczny. To podejście, wykorzystujące szereg różnych peptydów, zostało przetestowane w EAE i w badaniach klinicznych u pacjentów ze stwardnieniem rozsianym. Inne podtypy komórek T mogą również odgrywać rolę patogenetyczną w SM. Tak więc komórki T niosące receptory z łańcuchami gamma-delta (zamiast łańcuchów alfa-beta charakterystycznych dla komórek CD4 i CD8) zostały znalezione w zmianach stwardnienia rozsianego.

Można założyć, że reakcja autoimmunologiczna w stwardnieniu rozsianym obejmuje szereg mechanizmów patofizjologicznych, w tym wiązanie antygenów wirusowych lub bakteryjnych z receptorami komórek T, które potencjalnie mogą oddziaływać z autoantygenami mieliny (mimikra molekularna) lub poliklonalną aktywację komórek T spowodowaną wiązaniem się z toksynami bakteryjnymi (superantygenami) za pomocą wspólnych łańcuchów beta receptorów.

Wczesnym etapem rozwoju demielinizacji może być diapedeza aktywowanych limfocytów przez ścisłe połączenia komórek śródbłonka w mózgu z penetracją do przestrzeni okołonaczyniowych. Jak już wspomniano, komórki śródbłonka mogą odgrywać rolę w odpowiedzi immunologicznej poprzez prezentowanie antygenu w kompleksie z receptorami MHC klasy I i II dla komórek T. Komórki śródbłonka mózgu są w stanie ułatwić penetrację komórek T przez barierę krew-mózg poprzez ekspresję zwiększonych ilości cząsteczek adhezyjnych, w tym ICAM-1 (cząsteczka adhezji wewnątrzkomórkowej) i VCAM (cząsteczki adhezji komórek naczyniowych), które przyłączają się do odpowiednich ligandów, mianowicie LFA-1 (antygen funkcji limfocytów) i VLA-4 (antygen bardzo późnej aktywacji). Aktywowane limfocyty ekspresują również specjalną klasę enzymów zwanych metaloproteinazami macierzy, które katalizują rozkład kolagenu typu IV w macierzy zewnątrzkomórkowej i ułatwiają migrację.

W inicjacji, utrzymaniu i regulacji lokalnej odpowiedzi immunologicznej bierze udział szereg koreceptorów i cytokin. Trójcząsteczkowy kompleks receptora komórek T, antygenu i MHC zapewnia specyficzność odpowiedzi immunologicznej. Jednak do aktywacji komórek T wymagane są inne sygnały pośredniczone przez receptory. Jednym z takich sygnałów jest interakcja koreceptora B7.1 na komórkach prezentujących antygen z jego ligandem (CTIA-4) na limfocytach. W przypadku braku tej interakcji koreceptora komórka T nie reaguje na prezentowany jej antygen. Zablokowanie tej interakcji za pomocą CTIA-4Ig może zapobiec EAE i odrzuceniu przeszczepu. Może to być zatem jedno z obiecujących podejść do leczenia SM.

Inne sygnały pośredniczone przez cytokiny w lokalnym mikrośrodowisku w OUN mogą determinować udział niektórych podtypów komórek efektorowych w reakcji i interakcjach między nimi. Tak więc komórki pomocnicze T (komórki CD4 ⁺ ) różnicują się w fenotyp Th1 w obecności interferonu gamma (IFN) i interleukiny 12 (IL-12) i z kolei mogą produkować IL-2 i interferon gamma. Główną funkcją komórek Th1 jest wdrażanie opóźnionej nadwrażliwości, która prowadzi do aktywacji makrofagów. Uważa się, że komórki Th1 odgrywają kluczową rolę w procesie patologicznym w stwardnieniu rozsianym. Komórki pomocnicze T (komórki CD4 ⁺ ) z fenotypem Th2 biorą udział w generowaniu przeciwciał przez komórki B, a ten podtyp komórek T produkuje IL-4, -5, -6 i -10. Zidentyfikowano również fenotyp Th3, który produkuje transformujący czynnik wzrostu beta (TGFP).

Wiadomo, że INF stymuluje makrofagi do uwalniania czynnika martwicy nowotworu beta (TNFP lub limfotoksyna), który powoduje apoptozę w hodowli oligodendrocytów. Ponadto interferon gamma aktywuje i wzmacnia mikrobiobójcze funkcje makrofagów i indukuje ekspresję cząsteczek MHC klasy II na różnych komórkach w obrębie OUN, w tym komórkach śródbłonka, astrocytach i mikrogleju. Ponadto aktywowane makrofagi ekspresują cząsteczki MHC klasy II i receptory Fc oraz produkują IL-1 i TNFa, które mogą również uczestniczyć w patogenezie stwardnienia rozsianego.

Interferon gamma (interferon typu II) na stwardnienie rozsiane

Immunostymulujące działanie INFu jest uważane za centralne w patogenezie stwardnienia rozsianego. Podczas zaostrzenia stwardnienia rozsianego, wzrost aktywności komórek wydzielających INFu jest wykrywany zarówno w niestymulowanych, jak i stymulowanych MBP hodowlach obwodowych komórek jednojądrowych. Istnieją doniesienia o wzroście ekspresji INFu poprzedzającym pojawienie się objawów zaostrzenia, jak również o zwiększonym poziomie INFu w aktywnych ogniskach stwardnienia rozsianego. Ponadto, INFu promuje ekspresję cząsteczek adhezyjnych na komórkach śródbłonka i wzmacnia odpowiedź proliferacyjną komórek CD4+ na stymulację mitogenną poprzez transbłonowy kanał jonowy. Zjawisko to może mieć pewną korelację z przebiegiem choroby, ocenianą na podstawie dynamiki objawów i danych MRI.

Dane eksperymentalne wskazują, że w przewlekłym postępującym stwardnieniu rozsianym występuje wzrost produkcji IL-12, co z kolei może promować wzrost produkcji INF przez stymulowane komórki CD4 ⁺. W badaniu klinicznym u pacjentów z nawracającym stwardnieniem rozsianym wprowadzenie INF w pierwszym miesiącu spowodowało zaostrzenia, co zmusiło do przerwania dalszych badań. U pacjentów zaobserwowano zależny od INF wzrost liczby aktywowanych monocytów (HLA-DR2+) we krwi obwodowej.

Immunokorekcja w stwardnieniu rozsianym

Jedną z metod immunokorekcji w stwardnieniu rozsianym może być zastosowanie supresorów T (komórek CD8 ⁺ ). Ponadto wykazano, że szereg cytokin jest w stanie zmniejszyć zapalną demielinizację. Najważniejsze z nich to INF i INFa (interferony typu I). W aktywnych ogniskach demielinizacji, przy użyciu specjalnego barwienia, INFa i INFa są wykrywane w makrofagach, limfocytach, astrocytach, komórkach śródbłonka, a INFa jest dominującą cytokiną w komórkach śródbłonka nienaruszonej istoty białej. INFa blokuje niektóre prozapalne efekty INFa, w tym ekspresję antygenów MHC klasy II w hodowli astrocytów ludzkich, a w innych modelach eksperymentalnych indukuje ekspresję HLA-DR na komórkach. Ponadto INFa zapobiega rozwojowi EAE u zwierząt laboratoryjnych po systemowym lub dooponowym podaniu odpowiednich antygenów i zwiększa funkcję supresorową komórek in vitro.

Elektrofizjologia demielinizacji w stwardnieniu rozsianym

Szereg zmian patofizjologicznych utrudnia przewodzenie potencjałów czynnościowych wzdłuż zdemielinizowanych, ale strukturalnie nienaruszonych aksonów. Bez osłonki mielinowej o wysokiej rezystancji i niskiej przewodności akson nie jest w stanie dostarczyć wystarczającego wyładowania elektrycznego, aby spowodować depolaryzację błony w węźle Ranviera. Zaburzone szybkie przewodzenie solne z jednego węzła do następnego powoduje zmniejszenie prędkości i blokadę przewodzenia. Klinicznie najlepiej można to wykazać, badając nerwy wzrokowe i skrzyżowanie wzrokowe. Badanie potencjału wzrokowego wywołanego (VEP) obejmuje pomiar sygnału potylicznego (P100) za pomocą powierzchniowych elektrod EEG w odpowiedzi na zmieniającą się stymulację wzrokową. Zwiększone opóźnienie P100 występuje z powodu demielinizacji i zapalenia dróg wzrokowych w ostrym zapaleniu nerwu wzrokowego. Opóźnienie P100 często pozostaje patologicznie wydłużone nawet po powrocie wzroku do normy. Może być wydłużone nawet w przypadku braku historii utraty wzroku, odzwierciedlając subkliniczną demielinizację nerwu wzrokowego. Inne potencjały wywołane podobnie oceniają przewodzenie wzdłuż słuchowych i somatosensorycznych mielinowanych dróg aferentnych. Demielinizacja powoduje również inne klinicznie istotne zmiany neurofizjologiczne. Czasowe rozproszenie potencjałów czynnościowych wynikające z różnego stopnia demielinizacji prowadzi do różnic w szybkości przewodzenia między sąsiadującymi aksonami. Uważa się, że jest to powód, dla którego wrażliwość na drgania zanika wcześniej niż w przypadku innych modalności w uszkodzeniach obwodowej i centralnej mieliny.

Destabilizacja błony aksonu demielinizowanego może powodować autonomiczne lokalne generowanie potencjałów czynnościowych i prawdopodobnie nieprawidłową transmisję efaptyczną z jednego aksonu do drugiego. Zjawisko to może leżeć u podstaw rozwoju objawów „pozytywnych”, w tym parestezji, bólu i napadowych dyskinez. Zmiany te często dobrze reagują na leczenie blokerami kanałów sodowych, takimi jak karbamazepina lub fenytoina. Odwracalne zmiany w funkcji aksonów demielinizowanych zależne od temperatury mogą wyjaśniać pogorszenie objawów stwardnienia rozsianego wraz ze wzrostem temperatury ciała.

[ 28 ], [ 29 ], [ 30 ], [ 31 ], [ 32 ], [ 33 ]

Organizacja molekularna zmielinizowanych aksonów

Błona aksonu w rejonie węzła jest dobrze przystosowana do generowania potencjałów czynnościowych, podczas gdy błona między węzłami jest stosunkowo oporna na depolaryzację. Główną cechą błony w rejonie węzła jest to, że gęstość kanałów sodowych jest tutaj 100 razy większa niż w innych częściach aksonu. Rejon węzła zawiera również wolne kanały potasowe, które modulują przedłużoną depolaryzację, która występuje podczas wyładowania o wysokiej częstotliwości. Błona aksonu w rejonie sąsiadującym z węzłem charakteryzuje się stosunkowo dużą gęstością szybkich kanałów potasowych, których aktywacja prowadzi do szybkiej hiperpolaryzacji błony aksonu. Mechanizm ten zapobiega powtarzającym się aberracyjnym pobudzeniu rejonu węzła. Ze względu na niską gęstość kanałów sodowych w mielinowanych rejonach aksonu demielinizacja prowadzi do tego, że impuls jest tracony w tym miejscu, nie powodując depolaryzacji impulsów w aksonach, które niedawno uległy demielinizacji.

Zmiany obserwowane w przewlekle zdemielinizowanych aksonach mogą przyczyniać się do częściowego przywrócenia przewodzenia, co skutkuje złagodzeniem objawów po zaostrzeniu. Ciągłe (ale nie solne) przewodzenie może zostać przywrócone poprzez zwiększenie gęstości kanałów sodowych w zdemielinizowanych regionach aksonu. Chociaż źródło tych dodatkowych kanałów jest nieznane, mogą być one wytwarzane w ciele komórki lub astrocytach sąsiadujących z zdemielinizowanym segmentem.

Wykazano, że 4-aminopirydyna (4-AP), która blokuje szybkie kanały potasowe, jest w stanie poprawić przewodzenie wzdłuż włókien zdemielinizowanych. Jednocześnie 4-AP ma minimalny wpływ na nienaruszone aksony, ponieważ mielina, pokrywająca szybkie kanały potasowe, czyni je niedostępnymi dla leku. Kliniczne działanie 4-AP zostało potwierdzone w badaniach u pacjentów ze stwardnieniem rozsianym i zespołem miastenicznym Lamberta-Eatona. U pacjentów ze stwardnieniem rozsianym lek poprawił obiektywne wskaźniki funkcji wzrokowej, w tym okres utajony VEP, wrażliwość na kontrast i inne funkcje neurologiczne. Korzystną odpowiedź na lek częściej obserwowano u pacjentów z objawami zależnymi od temperatury, z dłuższym czasem trwania choroby i cięższym defektem neurologicznym. Zdolność 4-AP do obniżania progu przewodzenia objawia się również występowaniem niektórych działań niepożądanych, w tym parestezji, zawrotów głowy, lęku i dezorientacji, a przy wysokich stężeniach w surowicy - uogólnionych napadów toniczno-klonicznych. Obecnie trwają badania kliniczne tego leku w leczeniu stwardnienia rozsianego.