Przeszczep młodego szpiku kostnego może odwrócić objawy choroby Alzheimera

W niedawnym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Science Advances zespół chińskich naukowców wykorzystał modele myszy do zbadania możliwości odmłodzenia układu odpornościowego poprzez przeszczep szpiku kostnego od młodych myszy, aby spowolnić starzenie się układu odpornościowego i potencjalnie wykorzystać to jako strategię terapeutyczną w chorobie Alzheimera.

Coraz więcej badań wskazuje na rolę dysfunkcji układu odpornościowego w patogenezie choroby Alzheimera. Zaobserwowano, że około 50% genów związanych z chorobą Alzheimera, takich jak BIN1 (kodujący białko adaptorowe 1), CD33 (kodujący antygen powierzchniowy mieloidalny) i receptor ekspresowany na komórkach mieloidalnych 2 (TREM2), bierze udział w procesach układu odpornościowego.

Związany z wiekiem spadek funkcji odpornościowej skutkuje zmniejszoną produkcją komórek odpornościowych, zmniejszoną różnorodnością repertuaru odpornościowego i gromadzeniem się dysfunkcyjnych komórek odpornościowych, zjawiskiem znanym jako starzenie się układu odpornościowego. Uważa się, że starzenie się układu odpornościowego jest motorem starzenia się systemowego, w tym starzenia się mózgu, i zwiększa podatność na choroby zwyrodnieniowe związane z wiekiem, takie jak choroba Alzheimera. Dlatego też można sobie wyobrazić, że odmłodzenie komórek odpornościowych może mieć pozytywny wpływ na spowolnienie postępu choroby Alzheimera.

W obecnym badaniu naukowcy wykorzystali dziewięciomiesięczne transgeniczne myszy z chorobą Alzheimera i przeszczepili im szpik kostny od młodszych (dwumiesięcznych) myszy z chorobą Alzheimera. W grupie kontrolnej myszom przeszczepiono szpik kostny od podobnych dziewięciomiesięcznych myszy.

Naukowcy wysunęli hipotezę, że komórki macierzyste układu krwiotwórczego, które dają początek obwodowym komórkom odpornościowym, w szpiku kostnym młodych myszy mogą odmłodzić starzejące się komórki odpornościowe i zapewnić potencjalną strategię terapeutyczną w chorobie Alzheimera. Scharakteryzowano komórki jednojądrowe krwi obwodowej (PBMC) w celu określenia zmian w ekspresji genów obwodowych komórek odpornościowych.

Badania pokazują, że obwodowe komórki limfohematopoetyczne regenerują się około trzech tygodni po przeszczepie szpiku kostnego. Dlatego naukowcy postawili hipotezę, że efekty przeciw-Alzheimerowskie będą widoczne po trzech tygodniach i przeprowadzili testy behawioralne, takie jak test Y-maze i testy otwartego pola, aby ocenić funkcjonowanie mózgu.

Analizowano PBMC, aby ocenić wpływ starego i młodego szpiku kostnego na skład komórek odpornościowych u myszy. Określono proporcje komórek B, komórek pomocniczych T, cytotoksycznych komórek T, monocytów, makrofagów, komórek dendrytycznych, neutrofili, bazofili i komórek NK.

Ponadto przeprowadzono testy takie jak fagocytoza β-amyloidu i fagocytoza resztek komórkowych w celu oceny funkcji monocytów. Skrawki mózgu pobrane od eutanazji myszy barwiono w celu przeprowadzenia analizy immunochemicznej i testów immunohistochemicznych. Skrawki mózgu barwiono w celu wykrycia blaszek β-amyloidu i neurodegeneracji na podstawie apoptozy neuronów oraz utraty i degeneracji neurytów.

Skrawki mózgu wykorzystano również do analizy objętości mózgu i Western blotting w celu określenia amyloidu β i całkowitego białka prekursorowego amyloidu. Czynniki zapalne, takie jak interleukina-10, interferon-γ i czynnik martwicy nowotworu-α, oceniono przy użyciu testu immunoenzymatycznego.

Całkowity kwas rybonukleinowy (RNA) wyekstrahowany z monocytów został użyty do ilościowej reakcji łańcuchowej polimerazy z odwrotną transkrypcją (qRT-PCR), podczas gdy mikroglej został użyty do sekwencjonowania RNA w masie. Ponadto proteom osocza został oceniony przy użyciu chromatografii cieczowej połączonej ze spektrometrią mas tandemowych.

Dane RNA-seq pojedynczych komórek analizowano pod kątem identyfikacji typu komórki i różnic w ekspresji genów, analizy sieci regulacji czynników transkrypcyjnych, oceny komunikacji komórkowej i wzbogacenia szlaków.

Badanie wykazało, że przeszczep szpiku kostnego u młodych osób znacząco zmniejszył neurodegenerację, obciążenie blaszkami amyloidowymi i neurozapalenie, a także poprawił deficyty behawioralne obserwowane w starszych mysich modelach choroby Alzheimera. Zwiększone oczyszczanie β amyloidu również przyczyniło się do poprawy amyloidozy mózgowej.

Dane sekwencjonowania RNA pojedynczych komórek wskazały, że ekspresja różnych genów związanych z chorobą Alzheimera i starzeniem się została przywrócona w różnych typach komórek odpornościowych po młodym przeszczepie szpiku kostnego. Ponadto, krążące poziomy białek wydzielniczych związanych ze starzeniem się były niższe po przeszczepie szpiku kostnego.

Naukowcy odkryli, że wśród różnicowo ekspresjonowanych genów związanych ze starzeniem się, geny ryzyka choroby Alzheimera wykazały najwyższą ekspresję w monocytach. Ponieważ krążące monocyty mogą usuwać amyloid β, związane z wiekiem upośledzenie fagocytozy amyloidu β przez monocyty może przyspieszyć tworzenie się blaszek. Tak więc odmłodzenie monocytów wraz z innymi komórkami układu odpornościowego poprzez przeszczep młodego szpiku kostnego stanowi obiecującą strategię terapeutyczną.

Podsumowując, wyniki badania potwierdzają skuteczność przeszczepu młodego szpiku kostnego w odmładzaniu starzejących się komórek odpornościowych, co skutkowało zmniejszeniem neurodegeneracji w mysim modelu choroby Alzheimera. Poprawa funkcji monocytów skutkowała zwiększonym oczyszczaniem amyloidu β i zmniejszeniem neurozapalenia.

Deficyty behawioralne obserwowane w starzejącym się mysim modelu choroby Alzheimera uległy również poprawie po przeszczepie szpiku kostnego od młodych myszy. Łącznie wyniki te sugerują, że przeszczep szpiku kostnego u młodych myszy jest obiecującą strategią leczenia choroby Alzheimera.