Dadusok és bestiák: A gliák funkciója

Először is irányítják az idegsejtek fejlődését, vándorlását és nyúlványaik növekedését. Elsőként a radiális glia a belőle kialakult idegsejtek vándorlását irányítja a velőcső felszínére merőlegesen a kialakuló agy megfelelő rétegeibe. De a később megjelenő glia típusoknak is szerepe van a fejlődésen. A frissen betelepült mikroglia sejtek befolyásolják az idegsejtek keletkezését, szabályozzák a kialakuló idegsejtek típusát. A gliasejtek által felszabadított anyagok, pl. az inzulin receptor bekapcsolása útján szabályozzák az idegsejtek számát. Az idegrendszer kialakulása során nem csak sejtszaporodás, hanem tervezett sejtpusztulás is van. Bizonyos sejteknek, miután betöltötték szerepüket el kell pusztulniuk. Ezt a folyamatot programozott sejthalálnak, apoptózisnak hívják és a mikrogliának van benne szerepe. Egyrészt jelzi a sejteknek, hogy fejezzék be munkájukat és pusztuljanak el, másrészt részt vesznek a romok eltakarításában. De, amikor ilyen jeleket ad ki, ugyanakkor serkenti a neuronális progenitor sejtek kialakulását, hogy szükség esetén készen álljon a tartalék. Ugye, egy ház építkezésén ott vannak azok is, akik lebontják az állványzatot és elhordják a sittet, hogy a villanyszerelők és burkolók felvonulhassanak a kőművesek után.

A gliasejtek hibás viselkedése felelős lehet a mikro- és makro-cepháliában, azaz a normálisnál kisebb és nagyobb agyméret kialakulásában (lásd Zika vírus). De gliasejteket érintő változásokat figyeltek meg autizmusban is.
Az agy vázának felépítése és az idegsejtek kialakulása után a fejlődés következő fázisában egyes idegsejteknek az agy más területeire kell vándorolniuk, illetve axonjaikkal más területeket kell elérniük. Itt elsősorban az asztrocitáknak és az oligodenrocitáknak van, kissé eltérő szerepe. Az asztrociták inkább a macskákra hasonlítanak, ott maradnak, ahol születtek, azaz nem nagyon mozognak az agyban. A helyben lévő idegsejtek denritág-rendszerének stabilizálásában játszanak szerepet. Az oligodendrociták inkább olyanok, mint a kutyák és farkasok, ha kell messzire vándorolnak, mozgékonyak. Ők a vándorló idegsejteket és az idegsejtek növekedő axonjait segítik, terelik. Az axonpályák kialakulása nagyon bonyolult és nagyon fontos dolog. Hiszen nagyon nem mindegy, hogy a több száz agyterületet milyen pályák kötik majd össze. Ezeknek az agyi útvonalaknak a kialakításában megint megfigyelhető a glia és idegsejtek összjátéka, és itt kap szerepet a rengeteg sejtazonosságot jelző molekula, mely az idegrendszer evolúciója során megjelent. Korai, átmeneti idegsejtek molekuláris illatnyomokat követve eljuttatják axonjaikat a megfelelő agyterületre. Az axonok mentén kúszó oligodendrociták különböző „színű” jeleket felfestve segítik elő, hogy a cserkész sejt pusztulása után a később kialakuló idegsejtek axonkötegei a megfelelő helyre jussanak el.

Említettük korábban, hogy az agykéregben alapvetően kétféle idegsejt található: a sejtek 80-90%-át alkotó serkentő sejtek és a maradékot adó gátlósejtek. Érdekes különbség figyelhető meg a két sejttípus kialakulásában és vándorlásában. A velőcsőből kialakuló agyhólyagok falának nagy részén kialakulnak a serkentő sejtek és a radiális glia mentén a rájuk jellemző rétegekbe vándorolnak, vertikális (függőleges) irányba. Azért hívják ezt az irányt függőlegesnek, mert az agyhártyákkal borított agyfelszín és a szürke állomány (a sejteket tartalmazó rétegek) alján található fehérállomány (a sejtrétegek alatt futó axonkötegek állománya) közötti irányt jelöli ki. Ezzel szemben, a gátlósejtek csak az agyhólyag két körülhatárolt területén keletkeznek és az oligodendrociták segítségével messzire vándorolva benépesítik a serkentő sejtek által felépített területeket, hogy működésüket szabályozzák. Mozgásuk iránya horizontális, vízszintes, mivel a függőlegesre merőlegesen, oldalirányba az agyfelszínnel és a fehérállomány felszínével párhuzamosan mozdulnak el. A tény, hogy a gátlósejtek más agyterületről vándorolnak az agyfejlődés során később a serkentő sejtek közé arra utal, hogy később, evolúciós barkácsolás útján kezdtek el beépülni a serkentő sejtek közé, hogy azok működését szabályozzák (erről majd írunk a hálózatokról szóló második részben).

A gliasejtek második funkciója az idegsejtek táplálása és az idegsejtek megfelelő környezetének (elsősorban ionkoncentráció) biztosítása. Itt legfontosabbak az asztroglia sejtek, akik nyúlványrendszerükkel körül veszik az idegsejteket. A nyúlványrendszer egyes ágai talpszerűen, az agyi hajszálerek (kapillárisok) falához tapadnak. A gliasejt nyúlványrendszere elősegíti a tápanyagok és ionok áramlását a vérkeringés, az idegsejtek és a sejtközötti tér között. A sejtek közötti kapcsolatok útján hálózatba kapcsolódó asztrogliasejtek felosztják egymás közt a teret, mindenki egy térrész ellátásáért felelős.
De mit is tartanak rendben? Először is ellátják az idegsejteket glükózzal, egy egyszerű cukormolekulával és rövid szénláncú zsírsavakkal, mint tejsav és ecetsav. Ezek az egyszerű molekulák azonnal be tudnak lépni az idegsejtek anyagcseréjébe és gyorsan adnak energiát. A sejtek energiaellátása nagyon pontosan kell kapcsolódjon működési szintjükhöz, mivel nem tudnak tápanyagot raktározni. Az asztrogliasejtek érzékelik a cukor, CO2 és O2 mennyiségét. Ha egy területen az idegsejtek aktivitása megnő, a gliasejt hálózatban is megváltozik a membránpotenciál, Ca2+ szint növekedés halad rajtuk végig hullámszerűen. A gliákból származó jelek hatására az agyi kapillárisok kitágulnak, és megnő az agyszövet helyi vérátáramlása. Így az asztrogliasejtek több tápanyagot tudjanak felvenni a vérből és az idegsejtekhez szállítani. Ezt a megnövekedett vérátáramlást (mely az idegi aktivitás növekedést jelzi) tudjuk a modern képalkotó módszerekkel (PET és MRI) érzékelni és az agy aktivitását működése során megfigyelni.

Harmadszor: az idegsejtek membránpotenciálja, mely működésük alapja, erősen függ a sejten belüli és a sejtközötti tér Na+, K+, Cl- és kisebb mértékben Ca2+ koncentrációjától. Amikor az idegsejtek működése megnő, a sejtközötti (extracelluláris) térben jelentős mennyiségű K+ halmozódik fel. Ennek eltávolítása fontos, mivel egy sejtből felszabaduló K+ számos szomszédos sejt membránpotenciálját és ezáltal működését befolyásolja, ami nem mindig jó dolog. Ezért az asztrogliasejtek egyik elsődleges feladata az extracelluláris térben felhalmozódó K+ ionok felvétele és ha kell vérbe szállítása. De hasonló szerepet töltenek be a Na+ és Cl- ionok kordában tartásában is, bár ezek kevésbé problematikusak. Az asztrogliának az agyfolyadék keringésének irányításában és karbantartásában is jelentős szerepe van. Különösen alvás alatt vesz részt az idegsejtekből felszabaduló anyagok eltakarításában. Ezek közül legfontosabb az adenozin, mely az idegsejtekből ürülő transzmitterekkel együtt szabadul fel és felhalmozódása álmosságot vált ki.

A gliasejtek negyedik funkciójában, az idegsejt axonok pátyolgatásában az oligodenroglia sejtek a legfontosabbak. Ők irányítják az axonok növekedését, alakítják ki rajtuk a mielin hüvelyt (a jelvezetést meggyorsító szigetelést) és táplálják az axonokat. Nélkülük a gyors, helytakarékos (sok axon egy kötegben) ingerülettovábbítás lehetetlen lenne, mivel 100 szorosára gyorsítják az axonokon a jelek vezetését és lehetővé teszi, hogy azok átmérője jóval 1 mikrométer alatt legyen.

Az utolsó fiziológiás, azaz egészséges funkció, amiben az asztrociták és a mikrogliák közösen vesznek részt, az a szinapszisok működésének és számának szabályozása. Az asztrogliasejtek az axonterminálissal és a posztszinaptikus dendrittel egy egységet alkotnak. Pontosan szabályozzák a szinaptikus rés ionkoncentrációját és részt vesznek az ingerületátvivő anyagok szinaptikus résből való eltávolításában és az axonterminálisokba való visszajuttatásában.

A gyors eltávolításra azért van szükség, mert különben a szinaptikus áramok elhúzódnak és a gyors, pontos jelátvitel lehetetlenné válik. Mind a serkentő sejtekből felszabaduló glutamátot, mind a gátló sejtekből felszabaduló GABA-t felveszik a finom asztroglia nyúlványok és glutaminná alakítják. Ebben az idegingerületet nem okozó formában juttatják vissza az axonterminálisokba, ahol azok a sejtre jellemző átvivőanyaggá, glutamáttá vagy GABA-vá alakulnak vissza. Mivel az asztroglia sejtek hálózata érzékeli a sejtek aktivitását és ennek függvényében képes a szinaptikus jelátvitel hatékonyságát befolyásolni, egy biztonsági hálózatot is alkot az agyban.

A gliák három fázisban is szabályozzák a szinapszisok számát: kialakulás, fenntartás és eltávolítás. Az asztrocitákból számos, szinapszis fejlődéshez szükséges anyag szabadul fel. A mikroglia is szerepet játszik, körülveszi a szinapszisokat és részt vesz a serkentő sejtek szinapszisokat fogadó tüskéinek kialakításában. De fontos a fejlődés során a felesleges szinapszisok eltávolításában. Mivel a mikroglia az immunrendszer tagja ezért a szinapszisok eltávolításában az immunrendszer jelző molekuláit használja. Az eltávolítandó szinapszisok „egyél meg” jeleket magukra akasztva toborozzák a mikrogliákat.
Autizmusban azt találták, hogy a szinapszisok fenntartásában fontos idegsejt-glia kommunikációban van gond. Hasonló rosszul elhelyezett jeleket figyeltek meg egyéb leépüléssel járó betegségekben: skizofréniában, Huntington kórban és multiple szklerózisban.
A gliasejteknek a kóros (patológiás) eseményekben is fontos szerepe van. Némely differenciálódott gliasejt képes sérülés esetén őssejtté vagy progenitor sejtté válni és új idegsejteket létrehozni. Eltérő típusú kórós események más típusú glia reakciókat váltanak ki. A mikroglia mind fertőzésre mind sérülésre beindul. Sérülésre gyorsan elkezdenek mozogni, de nem nagyon fagocitálnak (esznek meg) mint a makrofágok. Kifinomult, jól képzett titkos ügynökök, akik nem tesznek kárt az agy finom szövetében. Az asztrogliák csak ott reagálnak, ahol a véragygát megsérül, hegeket képeznek a sérülések és sajnos az agyműködést vizsgáló elektródák körül. Az asztrogliasejtek részt vesznek az ionkoncentráció visszaállításában és a mikrogliákkal együtt a sejttörmelékek lebontásában.
Ha valami zavar támad működésükben bajokat is okozhatnak. Ha rosszul irányítják az idegsejtek nyúlványinak növekedését azok rossz helyre nőnek vagy nem kötnek össze fontos területeket és így szerepet játszhatnak az autizmus, ADHD és a skizofrénia kialakulásában, mely betegségek úgy tűnik a megfelelő agyterületek hibás kapcsolódása miatt alakulnak ki. Ezekről a betegségekről feltételezik, hogy magzati vagy fiatal kori vírusfertőzéseket követő mikroglia aktiválódás és hibás idegsejtfejlődés következményei lehetnek. A szervezet krónikus gyulladásai során felszabaduló anyagok (pl. interleukin) ugyanis az agyban is kifejtik hatásukat. Ennek evolúciós haszna az, hogy aki beteg ne ugráljon! Nem véletlen, hogy fertőzések esetén álmosak vagyunk és leginkább nem akarunk semmit se csinálni. Viszont a hosszan tartó gyulladás hatása már nem jó. Manapság úgy gondolják, hogy például a depresszió is lehet egy ilyen folyamat eredménye. A szerotonin és a depresszió közötti összefüggés régóta ismert és a gyógyszeres terápiák is a szerotonin szint változtatását okozzák. Kiderült, hogy a mikrogliasejtek érzékenyek a szerotoninra és az befolyásolja viselkedésüket. Egyre több jel utal arra, hogy lehet nem is az idegsejtek, hanem a mikrogliasejtek felelősek a depresszió kialakulásáért. Szerény véleményem szerint az igazság mindig középen van, szóval maradjunk mindkettőnél. Civilizációs betegségeink, a cukorbetegség és az elhízás is krónikus gyulladást okoz és gyakran depresszióval társul. A COVID által kiváltott idegrendszeri tünetek is eredhetnek onnan, hogy a vírusfertőzés által okozott gyulladásban aktivált mikrogliák megváltoztatják az idegsejtek működését. Végezetül, az agyat ért traumák, mint például a sztroke esetében is fontosak a mikrogliák. Védő szerepük van. Kísérleti modellekben, ha eltávolítják a mikroglia sejteket a stroke kétszer akkora területet érint.