Các cơ quan thụ cảm giống thu phí đặc biệt Biểu hiện gen và phản ứng thần kinh đệm ở các vùng não khác nhau của Scrapie tự nhiên Phần 1

Tóm tắt:

Bệnh Prion là bệnh thoái hóa thần kinh mãn tính và gây tử vong, đặc trưng bởi sự tích tụ protein prion đặc hiệu của bệnh (PrPSc), thay đổi dạng xốp, mất tế bào thần kinh và bệnh gliosis.

Bệnh Prion hay còn gọi là bệnh chùa, bệnh ăn sáp, v.v., là một bệnh nhiễm virus cấp tính do prion gây ra. Bệnh lây truyền chủ yếu qua việc ăn thực phẩm chưa nấu chín có chứa prion. Khi bị nhiễm prion, nó có thể gây viêm não và tổn thương hệ thần kinh, đồng thời có thể xảy ra các triệu chứng như nhức đầu, nôn mửa và sốt.

Tuy nhiên, khi gặp phải tình huống như vậy, chúng ta không thể mất niềm tin vào trí nhớ của mình vì sự tồn tại của bệnh prion. Hầu hết những người nhiễm bệnh đều có thể bình phục và phục hồi trí nhớ sau khi điều trị.

Tất nhiên, từ góc độ phòng ngừa, chúng ta có thể cố gắng ăn nhiều thực phẩm nấu chín hơn để tránh nhiễm prion. Đồng thời, nếu cảm thấy có bất kỳ triệu chứng nào, bạn cũng nên đến gặp bác sĩ càng sớm càng tốt để tránh tình trạng bệnh trở nên trầm trọng hơn.

Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta có thể thử một số bài rèn luyện trí nhớ đơn giản như đọc sách, lập danh sách, sắp xếp các sự kiện và thông tin, v.v. để cải thiện trí nhớ. Những khóa đào tạo này không đòi hỏi nhiều thời gian và năng lượng nhưng chúng rất quan trọng để duy trì một bộ não khỏe mạnh và chức năng ghi nhớ hiệu quả.

Nói tóm lại, khi gặp phải những căn bệnh như bệnh prion, chúng ta nên đối mặt với nó một cách tích cực, tìm kiếm các biện pháp điều trị và phòng ngừa y tế chuyên nghiệp, đồng thời chú ý đến các bài tập trí nhớ hàng ngày để đảm bảo sức khỏe thể chất và làm việc hiệu quả. Có thể thấy chúng ta cần cải thiện trí nhớ, và Cistanche có thể cải thiện trí nhớ đáng kể vì Cistanche là một dược liệu cổ truyền của Trung Quốc có nhiều tác dụng độc đáo, một trong số đó là cải thiện trí nhớ. Tác dụng của Cistanche đến từ các thành phần hoạt chất khác nhau mà nó chứa, bao gồm axit tannic, polysaccharides, flavonoid glycoside, v.v. Những thành phần này có thể tăng cường sức khỏe não bộ theo nhiều cách khác nhau.

Bấm vào biết cách cải thiện chức năng não

Bằng chứng ngày càng tăng cho thấy phản ứng viêm thần kinh là thành phần chính của bệnh prion và góp phần gây thoái hóa thần kinh.

Các thụ thể giống Toll (TLR) đã được đề xuất là chất trung gian quan trọng của phản ứng miễn dịch bẩm sinh được kích hoạt trong hệ thống thần kinh trung ương trong các bệnh thoái hóa thần kinh khác ở người, bao gồm bệnh Alzheimer, bệnh Parkinson và bệnh xơ cứng teo cơ một bên.

Tuy nhiên, người ta biết rất ít về vai trò của TLR trong các bệnh prion và sự liên quan của chúng đến bệnh lý thần kinh của phế liệu tự nhiên vẫn chưa được nghiên cứu. Chúng tôi đã đánh giá biểu hiện gen của TLR buồng trứng ở bốn vùng não khác biệt về mặt giải phẫu ở cừu bị nhiễm phế liệu tự nhiên và đánh giá mối tương quan có thể có giữa biểu hiện gen và các dấu hiệu bệnh lý của bệnh prion.

Chúng tôi đã quan sát thấy những thay đổi đáng kể trong biểu hiện TLR ở cừu bị nhiễm phế liệu có tương quan với mức độ xốp hóa, lắng đọng PrPSc và bệnh gliosis ở từng khu vực được nghiên cứu.

Đáng chú ý, TLR4 là gen duy nhất được điều hòa ở tất cả các vùng, bất kể mức độ nghiêm trọng của bệnh lý thần kinh. Ở vùng hải mã, chúng tôi quan sát thấy bệnh lý thần kinh nhẹ hơn liên quan đến biểu hiện gen TLR rõ ràng và sự hiện diện của một hình thái vi mô đặc biệt, được gọi là rodmicroglia, lần đầu tiên được mô tả ở đây trong não của những con cừu bị nhiễm phế liệu.

Sự đồng thời của các đặc điểm này cho thấy sự bảo vệ thần kinh một phần của vùng hải mã. Cuối cùng, việc so sánh các phát hiện ở cừu bị nhiễm bệnh tự nhiên với mô hình chuột quá khổ (chuột tg338) đã tiết lộ các kiểu biểu hiện gen TLR khác biệt.

Từ khóa: prion; phế liệu; thụ thể giống như thu phí; viêm thần kinh; microglia; tế bào hình sao.

1. Giới thiệu

Bệnh não xốp truyền nhiễm (TSE), hay bệnh prion, là một nhóm các rối loạn thoái hóa thần kinh gây tử vong bao gồm bệnh Creutzfeldt–Jakob (CJD) ở người, bệnh phế quản ở cừu và dê, bệnh não xốp dạng bò (BSE) ở gia súc và bệnh suy nhược mãn tính ở cổ tử cung ( CWD).

Những TSE này được đặc trưng bởi sự biến đổi protein prion được mã hóa của vật chủ (PrPC) thành một dạng đồng phân truyền nhiễm, PrPSc, tích lũy tốt nhất trong hệ thống thần kinh và hệ thống bạch huyết (LRS), và phản ứng miễn dịch viêm trong hệ thống thần kinh trung ương (CNS) [1 ,2]. Các bệnh Prion, chẳng hạn như bệnh Scrapie, có thể mắc phải một cách tự nhiên khi tiếp xúc qua đường miệng với PrPSc.

Sau khi vượt qua hàng rào ruột và trải qua quá trình sao chép sơ cấp trong các mô bạch huyết, PrPSc đến được hệ thần kinh trung ương thông qua một quá trình được gọi là xâm lấn thần kinh. Nhiễm trùng lan truyền từ các vị trí trong đường tiêu hóa thông qua các dây thần kinh phế vị và nội tạng đến thân não và tủy sống tương ứng [3,4].

Khi đến được hệ thần kinh trung ương, PrPSc lan truyền từ vùng đuôi, tức là qua thân não tới tiểu não, gian não và vỏ não trước [5]. Sự tích lũy PrPSc theo khuôn mẫu về mặt giải phẫu cho thấy rằng sự lây lan của nó được điều hòa bởi sự kết nối thần kinh và/hoặc tính dễ bị tổn thương có chọn lọc của các vùng não khác nhau.

Các yếu tố của vật chủ như kiểu gen PrPSc, giống và độ tuổi bị nhiễm góp phần vào mức độ lắng đọng PrPSc và sự phân bố của các tổn thương dạng xốp.

Tuy nhiên, cơ sở phân tử của các tương tác vật chủ-prion xác định mục tiêu chọn lọc của PrPSc tới các vùng não cụ thể vẫn chưa được biết và tạo thành một trong những khía cạnh hấp dẫn nhất của hiện tượng chủng prion.

Ban đầu, người ta cho rằng hệ thống miễn dịch không đáp ứng với PrPSc do khả năng dung nạp tự nhiên, nhưng các nghiên cứu theo thời gian cho thấy sự kích hoạt và tăng sinh nhanh chóng của microglia và tế bào hình sao ngay cả trước khi xuất hiện các dấu hiệu lâm sàng và thoái hóa tế bào thần kinh [6–8].

Sự kích hoạt và tăng sinh sớm này của microglia và tế bào hình sao dường như đóng vai trò trung tâm trong cơ chế bệnh sinh của rối loạn prion, mặc dù các cơ chế phân tử liên quan đến sự kích hoạt của chúng và vai trò chính xác của cả tế bào hình sao phản ứng và tế bào hình sao trong sinh bệnh học vẫn chưa rõ ràng [9,10].

Hơn nữa, người ta chấp nhận rộng rãi rằng sự phân bố và kiểu hình astroglial microglialand khác nhau giữa các vùng não và loài [11–14], quy các đặc điểm nội tại cho từng vùng ảnh hưởng đến tính dễ bị tổn thương đối với sự thoái hóa thần kinh [10,15,16].

Hiện tượng này đặc biệt rõ ràng ở giai đoạn tiền lâm sàng, trong đó cả microglia và astroglia đều phản ứng với nhiễm prion theo cách thức cụ thể theo vùng.

Tuy nhiên, khi bệnh tiến triển, phản ứng viêm thần kinh phổ biến hơn bắt đầu chiếm ưu thế, làm loãng hầu hết các đặc điểm khu vực [17,18]. Trong vài năm qua, vai trò của các thụ thể giống Toll (TLR) trong phản ứng vi mô và astroglial đã được báo cáo trong một số rối loạn thoái hóa thần kinh, nhấn mạnh ảnh hưởng của chúng đối với sự tiến triển của các bệnh này [19–21].

Tuy nhiên, dữ liệu về vai trò của bệnh TLRsin prion còn khan hiếm. Vai trò bảo vệ một phần của TLR đã được mô tả trong bệnh lý inprion. Cụ thể, đã có báo cáo rằng việc mất TLR2 [22] và TLR4 [23] làm tăng tốc quá trình sinh bệnh prion, trong khi kích thích TLR9 làm chậm sự tiến triển của bệnh ở mô hình chuột [24,25].

Cho đến nay, hầu hết các nghiên cứu về TLR trong bệnh prion đều được thực hiện in vitro hoặc sử dụng mô hình chuột [8,22,26–29] và vai trò của chúng đối với động vật và con người bị nhiễm bệnh tự nhiên vẫn chưa chắc chắn. Theo hiểu biết của chúng tôi, một nghiên cứu đã được thực hiện trên cừu sơ sinh được tiêm phế liệu (tức là sử dụng vật chủ tự nhiên nhưng không bị nhiễm tự nhiên) và báo cáo sự biểu hiện quá mức TLR2 và TLR4 trong máu ở các giai đoạn bệnh lâm sàng [30].

Hai nghiên cứu đã báo cáo sự thay đổi biểu hiện gen TLR ở người mắc bệnh CJD (sCJD) lẻ tẻ [31,32]. Sự rối loạn điều hòa của các gen liên quan đến đáp ứng miễn dịch bao gồm sự biểu hiện quá mức của TLR4 và TLR7 mRNA ở tiểu não và vỏ não trước của bệnh nhân sCJD MM1 và TLR7 ở tiểu não của bệnh nhân sCJD VV2.

Hơn nữa, Areskeviciuteet al. [32] đã đưa TLR4 vào top 40 chất điều hòa ngược dòng được dự đoán sẽ biểu hiện sự biểu hiện khác biệt trong mẫu não sCJD so với mẫu não đối chứng. Chúng tôi đã kiểm tra xem nhiễm trùng phế liệu tự nhiên ảnh hưởng như thế nào đến mức độ phiên mã của TLR novine và một số cytokine ở bốn vùng não với mức độ nhạy cảm với prion khác nhau, dựa trên kết quả trước đó [18].

Phân tích PCR định lượng (qPCR) cho thấy những thay đổi biểu hiện gen ở nhóm bị nhiễm phế liệu so với nhóm đối chứng và phản ứng phụ thuộc vào vùng não.

Điều thú vị là, vùng hải mã cho thấy đặc điểm tổn thương đặc biệt nhất, với hình thái vi mô phản ứng cụ thể và kiểu phiên mã TLR. Do thiếu dữ liệu thực nghiệm về biểu hiện gen TLR ở chuột biểu hiện quá mức PrP ở cừu, chúng tôi cũng đã thực hiện các thí nghiệm sử dụng chuột tg338 được tiêm nội sọ bằng phế liệu.

Kết quả của chúng tôi cho thấy một số điểm tương đồng với các nghiên cứu trước đây sử dụng chuột hoang dã, nhưng có sự khác biệt đáng kể liên quan đến những phát hiện ở chuột hoang tự nhiên.

2. Kết quả

2.1. Bệnh lý thần kinh Scrapie của cừu bị nhiễm bệnh tự nhiên

Đầu tiên chúng tôi xác nhận bệnh lý thần kinh phế quản ở những con cừu bị nhiễm bệnh tự nhiên trong nghiên cứu này, như đã mô tả trước đây [33–36]. Bệnh xốp hóa, lắng đọng PrPSc và tế bào phản ứng đã được kiểm tra ở bốn vùng của não cừu bị nhiễm bệnh và đối chứng: tủy não (Mo), đồi thị (Th), đồi hải mã (Hc) và vỏ não trán (Fc).

Tất cả các động vật bị nhiễm bệnh tự nhiên đều đang ở giai đoạn lâm sàng của bệnh. Tuy nhiên, tình trạng lâm sàng, dựa trên tần suất và mức độ nghiêm trọng của các dấu hiệu lâm sàng, khác nhau giữa các con cừu, từ giai đoạn mới bắt đầu đến giai đoạn lâm sàng tiến triển (Bảng 1).

Hình 1 thể hiện các ảnh vi mô đại diện để đánh giá khả năng tạo không bào và khả năng duy trì miễn dịch đối với PrPSc, GFAP và Iba1, được chụp ở từng vùng được chọn ở động vật bị nhiễm bệnh và động vật đối chứng.

Đúng như dự kiến, không có bằng chứng nào về sự hình thành không bào hoặc lắng đọng PrPSc được phát hiện trong các phần mô của cừu đối chứng. Ngược lại, ở những con cừu bị nhiễm phế liệu, tất cả các vùng giải phẫu thần kinh đều biểu hiện chứng xốp hóa, lắng đọng PrPSc và tế bào thần kinh đệm phản ứng (p < 0.05).

Cường độ không bào, lắng đọng PrPSc và tế bào thần kinh đệm giảm từ hành não đến vỏ não trán. Điều thú vị là, mặc dù đồi thị và đồi hải mã ở gần nhau, người ta vẫn quan sát thấy sự khác biệt đáng kể về điểm số của tất cả các dấu hiệu bệnh lý.

Mức độ xốp hóa lớn nhất được quan sát thấy ở vùng hành não và vùng đồi thị, trái ngược với không bào rất rải rác được tìm thấy ở vùng hải mã và vỏ não trán.

Không bào trong tế bào thần kinh có nhiều ở nhân hành tủy, như thể hiện ở nhân vận động lưng của dây thần kinh phế vị, trong khi bệnh xốp tuyến thần kinh chiếm ưu thế ở đồi thị và vỏ não trán (Hình 1A). Rất ít không bào được tìm thấy trong tế bào thần kinh của vùng hải mã.

Hình 1. Đánh giá bệnh lý thần kinh và hóa mô miễn dịch đại diện đối với chứng xốp hóa, lắng đọng PrPS, microgliosis và astrogliosis trong hệ thần kinh trung ương của cừu đối chứng và cừu bị nhiễm phế liệu ở themedulla oblongata (Mo), đồi thị (Th), đồi thị (Hc) và vỏ não trước trán (Fc) .

Đồ thị mô tả các giá trị đánh giá bán định lượng cho từng thông số được phân tích. (A) Nhuộm Hematoxylin–eosin cho thấy những thay đổi về bệnh xốp bào trong hệ thần kinh trung ương ở những con cừu bị nhiễm phế liệu và không có bệnh xốp bào ở cừu đối chứng. (B) Phát hiện PrPSc với kháng thể L42 ở vùng não cừu bị nhiễm phế liệu.

Việc ghi nhãn không miễn dịch đã được phát hiện trong nhóm đối chứng. (C) Việc nhuộm miễn dịch phân tử bộ chuyển đổi liên kết với canxi bị ion hóa-1(Iba1) cho thấy khả năng phản ứng vi mô tăng lên ở cừu bị nhiễm phế liệu so với cừu đối chứng.

(D) Khả năng miễn dịch protein axit fibrillary axit thần kinh đệm (GFAP) cho thấy cừu bị nhiễm astrogliosisin phản ứng tăng lên so với cừu đối chứng. (E) So sánh thống kê về bệnh xốp hóa, lắng đọng PrPSc, cường độ Iba1 và GFAP giữa các vùng não.

Điểm nằm trong khoảng từ 0 (âm) đến 5 (cường độ tối đa). Sự khác biệt đáng kể về bệnh xốp hóa, PrPSc, Iba1 và GFAP được xác định bằng cách sử dụng bài kiểm tra t-test của Sinh viên hoặc bài kiểm tra Mann–Whitney U tương ứng cho dữ liệu được phân phối bình thường và không bình thường.

Sự khác biệt thống kê giữa các vùng não được xác định bằng cách sử dụng phân tích phương sai một chiều (ANOVA) hoặc thử nghiệm Kruskal–Wallis cho dữ liệu được phân phối bình thường và không bình thường, tương ứng. * p < 0.05, ** p < 0,01. Thanh tỷ lệ=200 µm.

Tất cả những con cừu bị nhiễm phế liệu đều cho thấy sự tích lũy PrPSc lan rộng ở bốn vùng CNS được phân tích, ngoại trừ ba con cừu có dấu hiệu lâm sàng mới chớm và âm tính với PrPSc bởi hóa mô miễn dịch (IHC) và kết quả Western blot (WB) ở vỏ não trước (Bảng 1).

Cường độ duy trì miễn dịch PrPSc cho thấy sự suy giảm ở phần đuôi, tương tự như quan sát thấy đối với bệnh xốp hóa, với cường độ tối đa ở tủy não và đồi thị, hai vùng có mức độ không bào lớn nhất và cường độ thấp hơn ở vùng hải mã và vỏ não trán (Hình 1B).

Ở vùng hải mã, PrPScimmunostaining cho thấy sự phân bố tập trung và không đồng đều, trái ngược với kiểu dấu chấm rải rác, đồng nhất được quan sát thấy ở các phần vỏ não trước.

Chúng tôi đã quan sát bốn mô hình hình thái chính của sự lắng đọng PrPSc, như đã mô tả trước đây [36]: hai mô hình nội bào, bao gồm sự lắng đọng trong tế bào thần kinh và trong tế bào thần kinh đệm (bao gồm cả trong tế bào hình sao và trong tế bào thần kinh đệm), và hai mô hình màng tế bào/ngoại bào, bao gồm tế bào liên quan đến thần kinh và tế bào thần kinh đệm- lắng đọng liên quan (Hình S1).

Các mô hình liên quan đến nội mô và thần kinh chiếm ưu thế ở tất cả các vùng não. Đáng chú ý, các mô hình intaglio và thần kinh đệm đã giảm đáng kể hoặc thậm chí không có ở vỏ não trước và vùng đồi thị so với hành não và đồi thị. Song song với IHC, chúng tôi đã phân tích sự hiện diện của prion kháng protease (PrPres) của WB.

Các mẫu não từ những con cừu bị nhiễm phế liệu hiển thị mẫu PrPres ba dải cổ điển liên quan đến phế liệu cổ điển, với khối lượng phân tử của mảnh không được glycosyl hóa khoảng 19 kDa (Hình 2).

Mặc dù có mức độ biến đổi nhất định, tín hiệu PrPres vẫn tăng theo mức độ nghiêm trọng của các dấu hiệu lâm sàng ở tất cả các vùng não và phong phú hơn ở các vùng não đuôi.

WB đối với PrPres dương tính ở hành não và đồi thị ở tất cả những con cừu bị nhiễm phế liệu. Ngược lại, các mẫu hồi hải mã và vỏ não vùng trán không dương tính với PrPres ở tất cả các động vật bị nhiễm bệnh.

Mặc dù IHC dương tính với PrPres ở vùng hải mã của tất cả những con cừu bị nhiễm bệnh, nhưng WB lại âm tính với 4/13. Ở vỏ não trước, 3/13 số cừu có PrPres âm tính với IHC và 4/13 số cừu có PrPres âm tính với WB.

Ngoài sự tạo không bào và lắng đọng PrPSc, việc kích hoạt các tế bào thần kinh đệm đã được ghi nhận rộng rãi như một sự kiện sớm trong cơ chế bệnh sinh của các bệnh liên kết sai protein.

Để mô tả đặc điểm của tế bào thần kinh đệm phản ứng, tất cả các vùng não đều được áp dụng IHC bằng cách sử dụng kháng thể kháng GFAP để phát hiện tế bào hình sao và kháng thể kháng Iba1 để phát hiện vi thần kinh đệm.

Kỹ thuật nhuộm miễn dịch Iba1, phát hiện cả microglia nghỉ và hoạt động [37], đã tăng đáng kể ở tất cả các vùng não ở cừu bị nhiễm phế liệu so với cừu đối chứng và cho thấy sự khác biệt rõ rệt về hình thái vi mô giữa các vùng não ở động vật bị nhiễm bệnh (Hình 1C).

Trạng thái kích hoạt của các tế bào vi mô được xác định dựa trên ba hình thái chính: phân nhánh, phì đại và amip [38,39]. Các tế bào vi mô ở trạng thái "giám sát" hoặc tương đối không hoạt động có hình thái phân nhánh, đặc trưng bởi một thân tế bào nhỏ với nhiều quá trình tinh vi, như được quan sát thấy ở động vật đối chứng của chúng ta.

Trạng thái hoạt động được đặc trưng bởi hình thái amip, thường liên quan đến trạng thái thực bào [38] và bao gồm các thân tế bào hình cầu, không phân nhánh. Hình thái phì đại được đặc trưng bởi microglia với thân tế bào lớn hơn và các quá trình ngắn hơn, dày hơn và có liên quan đến việc sản xuất và giải phóng các chất trung gian gây viêm [40,41].

Hình thái amip có nhiều nhất ở hành tủy của những con cừu bị nhiễm phế liệu. Ở đồi thị, hình thái amip được quan sát thấy nhưng không chiếm ưu thế: nhiều quá trình lớn và mỏng xen kẽ với các quá trình dày, thưa thớt phát sinh từ các thân tế bào dài ra, tương ứng với các tế bào vi mô phì đại.

Hình thái của microglia tăng sinh ở vỏ não trán và hồi hải mã khác biệt rõ rệt so với hình thái của hành tủy và đồi thị. Ở cả hai khu vực, microglia phì đại chiếm ưu thế và microglia amip thực tế không có.

Đáng chú ý, vùng Cornu Ammonis 3 (CA3) của vùng hải mã cho thấy sự khác biệt lớn nhất về hình thái microglia, biểu hiện một mô hình microglial được gọi là microglia hình que không được quan sát thấy ở bất kỳ vùng não nào khác.

Những khác biệt rõ rệt quan sát được khi đánh giá vùng hải mã đã thôi thúc chúng tôi thực hiện kiểm tra chi tiết các trường con CA1, 3, 4 và tầng phân tử lacunose (SLM).

Hình 2. Phương pháp Western blot phát hiện PrPres trong hệ thần kinh trung ương của đối chứng và cừu bị nhiễm phế liệu tự nhiên. Lượng protein tương đương được nạp vào để so sánh đầy đủ và các khối miễn dịch được chạy bằng kháng thể đơn dòng SHA31 để phân tích các mẫu từ (A) hành tủy, (B) ) đồi thị, (C) hồi hải mã và (D) vỏ não trước của cừu bị nhiễm phế liệu có dấu hiệu lâm sàng mới chớm (mẫu 1–5) và có dấu hiệu lâm sàng tiến triển (mẫu 6–13). Dòng 14 cho thấy đối chứng âm tính và dòng 15 là một mẫu não cừu không bị nhiễm bệnh không bị tiêu hóa pK.

Phương pháp duy trì miễn dịch GFAP cho thấy bệnh astrogliosis rõ rệt ở cừu bị nhiễm phế liệu so với cừu đối chứng (Hình 1D). Về mặt hình thái, tế bào hình sao từ những con cừu bị nhiễm bệnh luôn biểu hiện các cơ thể và quá trình tế bào phì đại, xác nhận sự hiện diện của bệnh astrogliosis phản ứng, trong khi cừu đối chứng cho thấy hình thái hình sao điển hình của trạng thái không được kích hoạt.

Ở hành não và đồi thị, khả năng tạo miễn dịch của GFAP mạnh hơn, với sự xuất hiện của mạng lưới tế bào hình sao do các quá trình chồng chéo. Ở vùng hải mã và vỏ não vùng trán, các tế bào hình sao được phân bổ đều, với sự hiện diện của các thể sao phì đại đơn độc.

For more information:1950477648nn@gmail.com