Морфологічні аспекти етанол-індукованих змін у глімфатичній системі та їх вплив на функцію нервової системи
DOI:
https://doi.org/10.26641/1997-9665.2025.1.6-12Ключові слова:
етанол, глімфатична система, морфологія, гістологія, аквапорин-4, астроцити, нейродегенерація, спинно-мозкова рідина, нейрозапалення, нейродегенерація, виділення відходівАнотація
Глімфатична система – периваскулярна мережа, що відповідає за обмін спинномозкової (СМР) та інтерстиціальної (ІСР) рідин, – відіграє найважливішу роль у кліренсі метаболічних відходів, зокрема нейротоксичних білків, таких як β-амілоїд і тау-білок (Microtubule-associated protein tau, MAPT). Порушення його функції зазвичай пов'язане з нейродегенеративними захворюваннями, включно з хворобою Альцгеймера. Втім, також було показано, що й етанол (C₂H₅OH), широко поширена нейротоксична речовина, спричиняє глибокі структурні та функціональні зміни в центральній нервовій системі (ЦНС); зокрема не виключається його вплив на глімфатичну систему, що все ж таки наразі залишається недостатньо вивченим. У цьому огляді розглядаються морфологічно-гістологічні зміни, спричинені етанолом у глімфатичних шляхах, з акцентом на цілісність астроцитів, міслокалізацію аквапоріна-4 (AQP4), периваскулярне запалення і судинну дисфункцію. Систематичний аналіз наявних досліджень показує, що вживання етанолу призводить до перерозподілу AQP4 у бік від периваскулярних астроцитарних закінчень, порушуючи глімфатичний потік і знижуючи ефективність кліренсу відходів. Таким чином, гістопатологічні дані свідчать про гліоз (патологічне розростання гліальних клітин у ЦНС), нейрозапалення та окислювальний стрес, спричинені етанолом, які ще більше посилюють глімфатичну дисфункцію. Крім того, етанол порушує основні механізми сну, який в свою чергу як процес є найважливішим регулятором глімфатичної активності; тим самим посилюючи несприятливий вплив на гомеостаз ЦНС. Ці механізми дають змогу припустити потенційний зв'язок між хронічним впливом етанолу і прискореним прогресуванням нейродегенеративних захворювань, пов’язаних із порушеннями глімфатичної системи. Попри накопичення доказів нейротоксичності етанолу, досліджень, безпосередньо присвячених його впливу на глімфатичну систему на тканинно-клітинному рівні, як і раніше, мало. Майбутні дослідження, які у свою чегру є вкрай перспективними, мають бути спрямовані на з'ясування оборотності глімфатичних порушень, спричинених етанолом, і визначення потенційних фармакологічних і поведінкових заходів для пом'якшення їхніх наслідків. Розуміння цих взаємозв’язків цих процесів, а також їхній загальний аналіз та усвідомлення необхідне для розроблення цільових нейропротекторних стратегій, особливо в популяціях із хронічним вживанням алкоголю.
Посилання
Iliff JJ, Wang M, Liao Y, Plogg BA, Peng W, Gundersen GA, et al. A paravascular pathway facili-tates CSF flow through the brain parenchyma and the clearance of interstitial solutes, including amy-loid β. Sci Transl Med. 2012;4(147):147ra111. doi: 10.1126/scitranslmed.3003748.
Johansson PB, Wehrheim C, Engel JA. Aq-uaporin-4 and the blood-brain barrier. Front Physiol. 2015;6:357. doi: 10.3389/fphys.2015.00357.
Mestre H, Mori Y, Nedergaard M. The brain’s glymphatic system: current controversies and future directions. Trends Mol Med. 2020;26(9):844-57. doi: 10.1016/j.molmed.2020.05.003.
Xie L, Kang H, Xu Q, Chen MJ, Liao Y, Thiyagarajan M, et al. Sleep drives metabolite clearance from the adult brain. Science. 2013;342(6156):373-7. doi: 10.1126/science.1241224.
Smith AJ, Verkman AS. Aquaporin-4: physi-ology, pathophysiology, and structure. Physiol Rev. 2018;98(3):1387-417. doi:10.1152/physrev.00022.2017.
Jeffery JI. Astrocytes.jpg [Internet]. Wikipe-dia, The Free Encyclopedia; 2012 Jan 10. Available from: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Astrocytes.jpg.
Crews FT, Nixon K. Mechanisms of neuro-degeneration and regeneration in alcoholism. Alco-hol Alcohol. 2009;44(2):115-27. doi: 10.1093/alcalc/agn079.
Thakkar MM, Sharma R, Sahota P. Alcohol disrupts sleep homeostasis. Alcohol. 2015;49(4):299-310. doi: 10.1016/j.alcohol.2014.07.019.
Zhang Y, Wang X, Liu Y, et al. Chronic eth-anol exposure impairs glymphatic function via downregulation of AQP4 in rats. J Neurochem. 2020;152(4):429-440. doi: 10.1111/jnc.14983.
Kress BT, Iliff JJ, Xia M, Wang M, Wei HS, Zeppenfeld D, et al. Impairment of paravascular clearance pathways in the aging brain. Ann Neurol. 2014;76(6):845-61. doi: 10.1002/ana.24271.
Benveniste H, Liu X, Koundal S, Sanggaard S, Lee H, Wardlaw J. The glymphatic system and waste clearance with brain aging: a review. Geron-tology. 2019;65(2):106-19. doi: 10.1159/00049247131.
Iliff JJ, Chen MJ, Plog BA, Zeppenfeld DM, Soltero M, Yang L, et al. Impairment of glymphatic pathway function promotes tau pathology after traumatic brain injury. J Neurosci. 2014;34(49):16180-93. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3020-14.2014.
Moro C, Valverde A, Dole M, Hoh Kam J, Hamilton C, Liebert A, et al. The effect of photobi-omodulation on the brain during wakefulness and sleep. Front Neurosci. 2022;16:942536. doi: 10.3389/fnins.2022.942536.
Asada T, Yamamoto K, Tojo H, Nishimoto I. Ethanol exposure alters brain aquaporin-4 expres-sion: a potential mechanism for cerebral edema in alcoholism. J Neurosci Res. 2012;90(4):875-84. doi: 10.1002/jnr.227974.
Wang X, Zhang Y, Liu Y, Zhang X, Zhao J, Wang H, et al. Ethanol-induced downregulation of AQP4 contributes to glymphatic dysfunction and cognitive impairment in mice. Neuropharmacology. 2021;198:108763. doi: 10.1016/j.neuropharm.2021.1087623.
Harper C. The neuropathology of alcohol-specific brain damage, or does alcohol damage the brain? J Neuropathol Exp Neurol. 1998;57(2):101-10. doi: 10.1097/00005072-199802000-00001.
Lundgaard I, Wang W, Eberhardt A, Vinit-sky HS, Reeves BC, Peng S, et al. Beneficial effects of low alcohol exposure, but adverse effects of high alcohol intake on glymphatic function. Sci Rep. 2018;8(1):2246. doi: 10.1038/s41598-018-20424-y.
Qin L, Crews FT. Chronic ethanol increases systemic TLR3 agonist-induced neuroinflammation and neurodegeneration. J Neuroinflammation. 2012;9:130. doi: 10.1186/1742-2094-9-130.
Walter TJ, Crews FT. Microglial depletion alters the brain neuroimmune response to acute binge ethanol withdrawal. J Neuroinflammation. 2017;14(1):86. doi: 10.1186/s12974-017-0856-z.
Rosenberg GA. Matrix metalloproteinases and their multiple roles in neurodegenerative diseas-es. Lancet Neurol. 2009;8(2):205-16. doi: 10.1016/S1474-4422(09)70016-X.
Jessen NA, Munk ASF, Lundgaard I, Nedergaard M. The Glymphatic System: A Begin-ner’s Guide. Neurochem Res. 2015;40(12):2583–99. doi: 10.1007/s11064-015-1581-6.
Marshall SA, McClain JA, Kelso ML, Hop-kins DM, Pauly JR, Nixon K. Microglial activation is not equivalent to neuroinflammation in alcohol-induced neurodegeneration: The importance of mi-croglia phenotype. Neurobiol Dis. 2013;54:239-51. doi: 10.1016/j.nbd.2012.12.016.
Rasmussen MK, Mestre H, Nedergaard M. The glymphatic pathway in neurological disorders. Lancet Neurol. 2018;17(11):1016-24. doi: 10.1016/S1474-4422(18)30318-1.
Thrane AS, Rangroo Thrane V, Zeppenfeld D, Lou N, Xu Q, Nagelhus EA, et al. General anes-thesia selectively disrupts astrocyte calcium signal-ing in the awake mouse cortex. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012;109(46):18974-9. doi: 10.1073/pnas.1209448109.
Zahr NM, Kaufman KL, Harper CG. Clini-cal and pathological features of alcohol-related brain damage. Nat Rev Neurol. 2011;7(5):284-94. doi: 10.1038/nrneurol.2011.42.
Verkhratsky A, Rodríguez JJ, Parpura V. Astroglia in neurological diseases. Future Neurol. 2013;8(2):149-58. doi: 10.2217/fnl.12.90.
de la Monte SM, Kril JJ. Human alcohol-related neuropathology revisited: what we know and what we don’t know after 50 years. Acta Neuropa-thol Commun. 2023;11(1):35. doi: 10.1186/s40478-023-01531-5.
Plog BA, Nedergaard M. The glymphatic system in central nervous system health and dis-ease: past, present, and future. Annu Rev Pathol. 2018;13:379-94. doi: 10.1146/annurev-pathol-051217-111018.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0), яка дозволяє іншим особам вільно поширювати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи в цьому журналі.
Автори, направляючи рукопис до редакції журналу «Morphologia», погоджуються з тим, що редакції передаються права на захист і використання рукопису (переданого до редакції матеріалу, в тому числі таких об'єктів, що охороняються авторським правом, як фотографії автора, малюнки, схеми, таблиці і т.п.), в тому числі на відтворення в пресі і в мережі Інтернет; на поширення; на переклад рукопису на будь-які мови; експорту та імпорту примірників журналу зі статтею Авторів з метою поширення, доведення до загального відома. Зазначені вище права Автори передають Редакції без обмеження терміну їх дії і на території всіх країн світу без обмеження.
Автори гарантують, що вони мають виняткові права на використання матеріалів, переданих до редакції. Редактори не несуть відповідальності перед третіми особами за порушення гарантії, надані авторами. Розглянуті права передаються до редакції з моменту підписання поточної публікації для публікації. Відтворення матеріалів, опублікованих в журналі іншими особами та юридичними особами, можливе лише за згодою редакції, з обов'язковим зазначенням повної бібліографічного посилання первинної публікації. Автори залишають за собою право використовувати опублікований матеріал, його фрагменти і частини для навчальних матеріалів, усні презентації, підготовку дисертації дисертації з обов'язковою бібліографічною посиланням на оригінальну роботу. Електронна копія опублікованій статті, що завантажується з офіційного веб-сайту журналу в форматі .pdf, може бути розміщена авторами на офіційному веб-сайті їх установ, будь-яких інших офіційних ресурсах з відкритим доступом.
