Multipl Skleroz Patogenezinde Basamaklar - II: N

(1)

Özgün Derleme Yaz›s› / Original Review Article Türk Nöroloji Dergisi 2006; Cilt:12 Say›:2 Sayfa:98-105

ABSTRACT

Steps in Multiple Sclerosis Pathogenesis - II: The Role of Biological Markers, Sodium Channels and Glutamate in Neurodegeneration

Scientific background: Neurodegeneration following inflammatory in- jury is considered to be a pathological correlate of irreversible disability in patients with multiple sclerosis (MS). The presence of amyloid precur- sor protein in active lesions, oxidative injury of mitochondrial DNA, dis/inactivation of mitochondrial enzymes, loss of axonal density in nor- mal appearing white matter, reduction of N-acetylaspartate (NAA)/cre- atinin ratio in magnetic resonance spectroscopy (MRS) and the correla- tion between reduced NAA levels and disability have been determined as evidences of neurodegeneration in MS. In the disease immunopatho- genesis some biological indicators of axonal transsection as NAA, ac-

tin, tubulin, L-neurofilaments, anti-axolemma IgG, antigangliozide anti- bodies, glial fibrillary acid protein, S-100 protein, nitric oxide, neuronal specific enolase, 14-3-3 protein, apoprotein E have been described and put in association with the clinicial status.

The description of axonal transsection which is a main cause of disabi- lity has been made in the very early times when the first histopatholo- gic signs of multiple sclerosis were discovered. Although it has a long past, the role of neurodegenerative mechanisms in the axonal transsec- tion has been recently described. Genetic factors, excitotoxicity, apop- tosis, depletion of growth factors and energy, inducible demyelination are the other mechanisms that cause neurodegeneration.

Recent studies have shown that glutamate excitotoxicity may be a com- ponent in the pathogenesis of MS. Glutamate transporters determine the levels of extracellular glutamate and are essential to prevent excito-

Ömer Faruk Ayd›n,

¹

Asl› Kurne,

²

Rana Karabudak

²

1Ondokuz May›s Üniversitesi T›p Fakültesi Çocuk Nörolojisi Bilim Dal›, SAMSUN

2Hacettepe Üniversitesi T›p Fakültesi Nöroloji Anabilim Dal› Nöroimmunoloji Ünitesi, ANKARA

Multipl Skleroz Patogenezinde

Basamaklar - II: Nörodejenerasyonda Biyolojik Göstergeler, Sodyum

Kanallar› ve Glutamat›n Rolü /

Steps in Multiple Sclerosis Pathogenesis - II: The Role of Biological Markers, Sodium Channels and Glutamate in Neurodegeneration

Yaz›flma Adresi/Address for Correspondence:

Dr. Rana Karabudak

Hacettepe Üniversitesi T›p Fakültesi Nöroloji Anabilim Dal› Nöroimmunoloji Ünitesi S›hhiye / Ankara

Tel: 0312 30519 83 Faks: 0312 305 19 83 rkbudak@hacettepe.edu.tr

Dergiye Ulaflma Tarihi/Received: 30.09.2005 Kesin Kabul Tarihi/Accepted: 06.10.2005

Key words: multiple sclerosis, immunopathogenesis, neurodegeneration Anahtar kelimeler: multipl skleroz, immunopatogenez, nörodejenerasyon

(2)

toxicity. In MS, the evident association between insidious and prolonged microglial activation and glutamate excitotoxicity has been emphasized and in addition glutamate excitotoxicity is considered to be responsible due to progressive loss of oligodendrocytes (OLG). Excitotoxicity in OLGs begins as Ca^{+ +}influx via AMPA/kainat receptors. The number of AMPA re- ceptors increased on postsynaptic membrane and apoptotic cellular death occur because of prolonged activation of these receptors. Proinflamma- tory cytokines such as interlukine-1 and tumor necrosis-· as increasing receptor expression on OLGs cause to be prone to excitotoxic death.

The gradual loss of axons is thought to underlie irreversible clinical defi- cits in this disease. The precise mechanisms of axonopathy are poorly understood, but likely involve excess accumulation of Ca ions. In healthy fibers, ATP-dependent pumps support homeostasis of ionic gradients.

When energy supply is limited, either due to inadequate delivery (e.g., ischemia, mitochondrial dysfunction) and/or excessive utilization (e.g., conduction along demyelinated axons), ion gradients break down, unleashing a variety of aberrant cascades, ultimately leading to Ca overload. During Na pump dysfunction, Na can enter axons through non-inactivating Na channels, promoting axonal Na overload. This will gate voltage-sensitive Ca channels and stimulate reverse Na-Ca exchan- ge, leading to further Ca entry. Energy failure will also promote Ca release from intracellular stores. Also, after demyelination a new orga- nisation of different types of sodium channels has been shown to ap- pear on axons and inflammatory cells.

In this manuscript the role of voltage-gated sodium channels and glu- tamate excitotoxicity, and interactions of glutamate with receptors and cytokines on the immunopathogenesis of multiple sclerosis are revie- wed and discussed.

ÖZET

Bilimsel zemin: ‹nflamatuvar hasar› izleyen nörodejenerasyonun multipl skleroz’da geri dönüflümsüz özürlülü¤ün önemli bir nedeni oldu-

¤u düflünülmektedir. Hastal›k sürecinde nörodejenerasyonun varl›¤›n›

gösteren kan›tlar aras›nda aktif lezyonlarda amiloid prekürsör protein varl›¤›, mitokondriyal DNA’da oksidatif hasar, mitokondriyal enzimlerde aktivasyon bozuklu¤u, normal görünümlü beyaz cevherde aksonal yo-

¤unlukta azalma, manyetik rezonans spektroskopide N-asetil aspar- tat/kreatinin oran›nda azalma, N-asetil aspartat azalmas› ile özürlülük aras›ndaki korelasyon say›labilir. Nörojenerasyon seyrinde görülen akso- nal hasara ait baz› biyolojik belirteçler saptanm›fl ve bunlar›n klinik du- rum ile iliflkilendirilmeleri yolunda çal›flmalar yap›lm›flt›r. Bunlardan baz›- lar›; N-asetil aspartat, Aktin, Tubulin, L-nörofilamanlar, Antiaksolemma IgG, Antigangliozid antikorlar, Glial fibriller asid protein, S-100 protein, nitrik oksit, nöron spesifik enolaz, 14-3-3 proteini, Apoprotein E’dir.

MS’te özürlülü¤ün ana sebebi olan aksonal hasar›n ortaya ç›k›fl› asl›nda san›ld›¤› kadar yeni olmay›p MS’e ait ilk patolojik tan›mlamalar›n yap›ld›-

¤› dönemlere aittir. Böylesine uzun bir tan›mlama sürecine sahip olan bu hasarlanmada nörodejeneratif mekanizmalar›n rolü ancak son y›llarda üzerinde yo¤un çal›flmalar›n yap›ld›¤› bir konudur. Genetik, eksitotoksik, apoptotoik mekanizmalar, büyüme faktörlerinin tükenmesi, enerji dep- lesyonu, indüklenen demiyelinizasyon nörodejenerasyona katk›da bulu- nan mekanizmalar aras›nda yer almaktad›r. Son y›llarda glutamat eksito- toksisitesinin MS patogenezindeki yerini sorgulayan pek çok çal›flma ya- p›lm›fl ve glutamat tafl›y›c›lar›n›n hücre d›fl› glutamat düzeylerinde belir- leyici olup eksitotoksisitenin önlemesinde önemli rol oynad›klar› gösteril- mifltir. Günümüzde hastal›¤a ait kal›c› ve sinsi mikroglial aktivasyon ile glutamat eksitotoksisitesi aras›ndaki iliflki ön planda vurgulanmakta olup MS’de progresif oligodendrosit (OLG) kayb›ndan, glutamat eksitotoksi- sitesi de sorumlu tutulmaktad›r. OLG’lerde eksitotoksisite AMPA/kainat reseptörleri arac›l›¤› ile Ca⁺⁺’un hücre içine girifli ile bafllar, postsinaptik membranda AMPA reseptör say›s› artar ve bu reseptörlerin uzayan akti-

vasyonuna ba¤l› olarak apoptotik hücre ölümü gerçekleflir. ‹nterlökin-1 ve tümör nekrozis faktör-· gibi inflamasyonu tetikleyici sitokinler de OLG’de reseptör ifadesini artt›rarak eksitotoksik ölüme karfl› onlar›

duyarl› hale getirir.

Hastal›k sürecinde aksonal kay›p geri dönüflümsüz özürlülü¤ü belirleyici bir kriter olarak de¤erlendirilmektedir. Aksonopatiye ait kesin mekanizmalar henüz netlik kazanmam›fl olsa da ileri düzeyde Ca iyonunun birikimi nedenlerden biridir. Sa¤l›kl› liflerde ATP ba¤›ml› kanallar ionik gra- dientler aras›ndaki dengeyi sa¤lamaktad›r. Enerji kayna¤› s›n›rland›¤›nda (is- kemi/mitokondrial fonksiyon bozuklu¤u gibi nedenlere ba¤l› yetersiz kaza- n›m yada demiyelinize aksonlarda iletimin yol açt›¤› ileri harcamaya ba¤l›

olarak) ion gradient dengesi bozulur farkl› yolaklar devreye girer ve Ca biri- kimi gerçekleflir. Na kanal fonksiyon bozuklu¤unda aksonlara do¤ru Na ak›m› gerçekleflir. Sonras›nda voltaj duyarl› Ca kanallar›ndan ak›m bafllar ve Na-Ca de¤iflimi tersine döner ve Ca girifli artar. Enerji yitimi de hücre içi kay- naklardan Ca sal›n›m›n› tetiklemektedir. Ayr›ca demiyelinizasyon sonras›n- da da ion dengesini de¤ifltirecek flekilde farkl› tip Na kanal alt tiplerinde de reorganizasyon olmaktad›r.

Bu derlemede multipl skleroz immunopatogenezinde glutamat eksitotoksi- sitesi, glutamat›n reseptör ve sitokinlerle olan iliflkisi, voltaj ba¤›ml› sodyum kanallar›n›n etkileri tart›fl›lm›flt›r.

G‹R‹fi

Multipl Sklerozun ilerleyici sürecinde artan özürlülü-

¤ün gelifliminde nörodejenerasyonun ana nedenler aras›nda oldu¤u düflünülmektedir. Ancak hem histo- lojik hem de görüntüleme çal›flmalar› hastal›¤›n erken dönemlerinde de önemli doku hasar› oldu¤unu göstermektedir. Bu veriler MS seyrindeki nörodeje- nerasyonun birincil mekanizma m› oldu¤unu yoksa inflamasyon ve demiyelinizasyona ikincil olarak m›

ortaya ç›kt›¤› sorusunu gündeme getirmifltir.

Bu yaz›da nörodejenerasyonun biyolojik göstergele- ri, glutamat›n ve sodyum kanallar›n›n nöroim- munoloji bak›fl aç›s› ile nörodejenerasyona olan katk›lar› de¤erlendirilecektir.

NÖRODEJENERASYONUN B‹YOLOJ‹K GÖSTERGELER‹

Akson yap›sal olarak fleklini, kalibrasyonunu ve di- rencini devam ettirebilecek biçimde oluflmufltur.

Fonksiyonel olarak iki yöne sürekli iletimi sa¤layacak flekilde biçimlenmifltir. Aksonlar uzun olufllar›, biçim- leri ve yüksek düzeydeki metabolik aktiviteleri dola- y›s›yla herhangi bir hasara oldukça duyarl›d›rlar. Ak- sonal zedelenmeden sonra distal uç Wallerian deje-

(3)

nerasyona u¤rar, proksimal ucun di¤er nöronlarla ba¤lant›s› kayboldu¤undan ölebilir (transnöronal de- jenerasyon). Bu durum, birincil hasar alan›ndan daha uzak bölgelerdeki nöronlar›n ve aksonlar›n hasar›na yol açabilir. Hasarlanm›fl aksonlarda yap›sal ve metabolik moleküllerin anterograd transportu bozulmaz ve bunlar ekstraselüler aral›¤a sal›n›rlar. Bunlar nöro- dejenerasyonu gösteren biyolojik belirteçler ola- rak kullan›labilirler:

Anterograd aksonal iletimin korunmas› sonucunda, amyloid prekürsör protein (APP) ve di¤er transport moleküller hasarlanm›fl aksonun proksimalinde biri- kir, afl›r› polimerize olarak terminal uçta ovoidler oluflturur. Bu moleküller ekstraselüler mesafeye sa- l›nd›klar›ndan beyin omurilik s›v›s›nda saptanabilirler.

Ancak, travmatik hasarlardan sonra da birkaç hafta APP immün boyama ile saptanabilir.¹

N-asetil aspartat ise (NAA) nöronal mitokondri ta- raf›ndan sentezlenir ve manyetik resonans spektros- kopi (MRS) ile saptanabilir. MS hastalar›nda, akut demiyelinizan lezyonlarda NAA düzeyinde geçici bir düflme görülür. Düflük NAA düzeyleri akson dis- fonksiyonunun, hasar›n veya kayb›n derecesini yan- s›t›r ve kal›c› klinik hasar›n derecesi ile de yak›ndan iliflkilidir.¹

Aktin, tubulin ve L-nörofilamanlar: Bunlar hücre iskeletinin temel proteinleridir ve MS hastalar›n›n BOS’unda sa¤l›kl› ve nörolojik kontrollere göre belir- gin derecede yüksek bulunur. Son ataktan sonra ne kadar az zaman geçti ise BOS L-nörofilaman proteini düzeyi de o kadar yüksek bulunur. Dolay›s›yla, aksonal ifllev bozuklu¤u inflamasyondan ba¤›ms›z de-

¤ildir.² Nörofilaman-L gibi aksonun di¤er yap›sal proteinleri hastal›¤›n süresi, klinik kötüleflme ve IgG indeksi ile korele olarak immun yan›t oluflturabilirler ve manyetik resonans görüntüleme (MRG) ile tan›m- lanan beyin atrofisi ile de uyumludurlar.¹

Anti-aksolemma IgG: Demiyelinize akson, oligo- dendrositlere farkl›laflma ve ço¤alma için güçlü uya- r›lar sa¤lar. Aksolemman›n ayr›ca antijenik özellikle- ri de vard›r ve SSS’ne immun hücreler girdi¤inde, bu

antijenlere karfl› immün yan›t ortaya ç›kabilir. MS hastalar›n›n BOS’unda anti-aksolemma IgG buluna- bilir.³Bu antikorlar›n, anti-miyelin antikorlarla aras›n- da paralellik olmad›¤›ndan, anti-aksolemma IgG’lerin demiyelinizasyonun de¤il aksonal hasar›n göster- gesi oldu¤u düflünülmektedir.

Anti-gangliozid antikorlar: Kronik progresif MS hastalar›nda, anti-gangliozidler gibi aksonal hasar›

gösteren di¤er antikorlar da BOS’ta veya plazmada s›kl›kla saptanabilir.⁴ Ancak bunlar aksonal hasar›n bir yan sonucu mu yoksa aksonal hasar›n sebebi mi belli de¤ildir.

Glial fibriller asid protein (GFAP): Astrosit prolife- rasyonu kronik pla¤›n göstergesidir ve astrosit ara ürün filamanlar›n›n ana proteini glial fibrillar asid protein (GFAP) de astrogliosisin klasik bir belirtecidir.

MS hastalar›nda, BOS’ta GFAP konsantrasyonlar›

hastal›¤›n özürlülük skoru ile uyumlu flekilde yüksek bulunur.^1,5

S-100 proteini: Astrosit aktivasyon belirteci olarak düflünülen S-100 proteini primer ve sekonder progresif MS hastalar›n›n BOS’unda oldukça düflük bulunur. Oysa atak ve remisyonlarla seyreden (RR) MS hastalar›nda yüksek düzeylerdedir.^1,5

Nitrik oksid (NO): Makrofaj ve aktif mikroglialar NO gibi sitotoksik faktörleri salabilirler. NO mitokondriyal disfonksiyona neden olur ve eksitatör aminoa- sit-nedenli nöronal hasara, aksonal kay›p ve oligodendrosit hasar›na katk›da bulunur. NO’in oksidas- yon ürünleri, nitrit ve nitratlar›n (NOx), primer progresif MS hastalar›nda 4 kat kadar yükseldi¤i ve nitrit/nitrat oran› ile beyin atrofisi aras›nda paralellik bu- lundu¤u bildirilmifltir.¹

Nöron spesifik Enolaz (NSE): NSE, nöronal hücre- lerde (γ γ dimer) ve astrositlerde (α α dimer) bulunan dimerik glikolitik bir enzimdir. Jacob-Creutzfeldt hastal›¤›, inme, beyin tümörleri, travma gibi durumlarda oldu¤u gibi, yüksek düzeyleri h›zl› bir nöronal kayb›n oldu¤unu gösterir. MS hastalar›n›n %70’inde α α- NSE’›n ve %30’unda γ γ-NSE’›n artt›¤› bildirilmifltir.¹

(4)

14-3-3 proteini: H›zla devam eden nöronal kayb›

gösteren bir göstergesidir. Klinik olarak kesin MS’e dönüflüm aç›s›ndan ba¤›ms›z bir gösterge olmas› ko- nusu tart›flmal›d›r.¹

Apolipoprotein E (APOE): Astrosit ile nöronlar ara- s›nda lipid transportunda ve SSS hasar› sonras› aksonlar›n ve miyelinin rejenerasyonunda görevli polimorfik bir plazma proteinidir. MS hastalar›nda normal popü- lasyondakine benzer s›kl›kta allel farkl›l›klar› bulunma- s›na ra¤men, ε4 tafl›y›c›lar›nda h›zl› bir klinik kötülefl- me vard›r ve MRG’de lezyon yükü daha a¤›rd›r,⁶M R S ile de aksonal hasar›n daha a¤›r oldu¤u görülür.⁷ GLUTAMAT EKS‹TOTOKS‹S‹TES‹

Glutamat, biliflsel ifllevler, ö¤renme ve haf›zada önemli rol oynar.⁸Sinaptik aktivite, sinaptik aral›kta geçici lokal glutamat konsantrasyon art›fl›na yol açar ancak tafl›y›c› arac›l›kl› gerial›m ile glutamat homeos- tasisi tekrar sa¤lan›r.⁹Glutamat yaflam için gerekli olsa da SSS’deki konsantrasyon de¤ifliklikleri glutama- t›n toksik etkisini ortaya ç›karabilir. Travmatik hasar, baz› toksik biyokimyasal ajanlar, oksidatif stres ve otoimmun hastal›klar glutamata ba¤l› geliflen y›k›m sürecini tetikleyebilir.^10,11

Glutamat, plazma membran depolarizasyonu ile Ca⁺⁺’un hücre içine girifline, nöronal nitrik oksid sen- taz gibi serbest radikal oluflturan sistemlerin aktivasyonuna ve sonuç olarak oksidatif strese ba¤l› nöro- nal ve glial hücre ölümüne neden olur.¹² Glutamat, reseptörden ba¤›ms›z olarak glutatyonun (GSH) har- canmas›yla nöronlarda ve henüz miyelin yapmam›fl oligodendrositlerde hücre ölümünü tetikler.¹³ Oksi- datif stres s›ras›nda reaktif oksijen ürünlerindeki art›fl ile birlikte GSH sentezinde bafllang›çta gerekli olan sistin düzeyleri düflmekte ve hücre içi oksidan/anti- oksidan dengesi bozularak hasarland›r›c› etkiler ortaya ç›kmaktad›r.¹²

Glutamat tafl›y›c›lar›n›n aktivasyonu hücre d›fl› or- tamdaki afl›r› glutamat›n uzaklaflt›r›lmas› için önem tafl›maktad›r. Halen bilinen 5 farkl› glutamat tafl›y›c›- s› (GLT-1, GLAST, EAAC1, EAAT4 ve EAAT5) vard›r.

GLT-1 ve GLAST en fazla astrositler üzerinde bulu- nurlar. Bunlar›n seviyelerindeki azalma, artm›fl ekstraselüler glutamat seviyeleri ve eksitotoksik nö- rodejenerasyon ile sonuçlan›r.¹⁴

a- Sit ok i nler ve glut amat iliflk is i :

MS’de progresif OLG kayb›ndan, glutamat eksitotoksisitesi sorumlu tutulmaktad›r. MS’in her döne- minde mikroglia aktivasyonu oldu¤u için, bir mikroglial ürün olan interlökin (IL) -1’in glutamat eksitotoksisitesi için bir risk faktörü olabilece¤i düflünül- mektedir. IL-1, SSS demiyelinizasyonu ve akson kay- b›nda rolleri olan farkl› matriks metalloproteinazla- r›n (MMP) potent bir regülatörüdür.¹⁵ Saf OLG kül- türlerinde, IL-1 OLG’leri öldürmez iken OLG’ler astrosit ve mikroglialarla birlikte kültüre edildi¤inde OLG apoptozu oluflmaktad›r. Bu kültür ortam›nda, IL-1’in özellikle astrositlerin glutamat regülasyon ka- pasitelerini azaltt›¤› ve glutamat›n geri al›n›m›n› inhibe etti¤i düflünülmektedir. AMPA/kainat reseptör antagonistleri (NBQX ve CNQX) IL-1 arac›l›kl› OLG toksisitesini bloke eder.¹⁶IL-1, astrositlerde glutamat tafl›y›c›lar›n›n ekspresyonunu azaltmakta ve aktivite- lerini inhibe etmektedir.¹⁷ Böylece IL-1 ekstraselüler bofllukta net bir glutamat artt›r›c› etkiye sahiptir.

Tümör nekroze edici faktör (TNF)-α da miks glia kül- türünde OLG apoptozunu tetikler, bu durum da NBQX ile bloke edilebilir. Bu sonuçlar kal›c› ve sin- si mikroglial aktivasyon ile glutamat eksitotok- sisitesi aras›ndaki iliflkiyi vurgulamaktad›r.¹⁸

MS’de, inflamasyonu tetikleyici sitokinlerin OLG’lerde reseptör ekspresyonunu indükleyerek eksitotoksik ölüme karfl› onlar› duyarl› hale getirdi¤i düflünül- mektedir.¹⁸ TNF-α’n›n kemirgen hipokampal nöron- lar›nda AMPA reseptörlerinin yüzey ifadesini artt›rarak sinaptik plastisiteyi artt›rmas›, insan fetal nöron- lar›nda glutamat toksisitesini sa¤lamas›, s›çan spinal kordunda glutamat-arac›l› nöronal ölümü artt›rma- s›19 bu görüflü destekler. Fare mikst glial hücre kül- türlerinde, OLG’lerin %15’e varan oranlarda, interleukin-1β‚ (IL-1β) ve TNF-α arac›l› glutamat eksitotoksisitesi ile öldü¤ü gösterilmifltir.^{1 6}

(5)

MS lezyonlar›nda inflamasyonu tetikleyici sitokinlerle birlikte mikroçevrede bulunan di¤er faktörler glutamat reseptör ekspresyonunu indükleyebilir ve OLG’leri eksitotoksisiteye duyarl› hale getirebilir.^20,21

b- Glutamat eksitotoksisitesi ile glutamat reseptörleri aras›ndaki iliflki:

Glutamat toksisitesine karfl›, farkl›laflm›fl kortikal oli- godendroglialar›n duyarl›l›klar› iki farkl› mekanizma ile meydana gelir:²²

- Reseptör arac›l›kl› olmayan sistin geri-al›m inhibisyonu

- Direk kainat/AMPA reseptör aktivasyonu

Glutamat reseptörleri hem nöronlarda hem de glial hücrelerde bulunur. Özellikle SSS aksonlar›nda miyelin oluflturan oligodendrositler, fonksiyonel ionotropik glutamat reseptörleri tafl›rlar. Tan›mlanm›fl 3 tip ionotropik glutamat reseptörü vard›r; NMDA, AMPA ve kainat. Oligodendrositler AMPA ve kainat tipi re- septörler eksprese ederler.²³Oligodendrositlerde eksitotoksisite, yüksek afiniteli AMPA reseptörleri ve düflük afiniteli kainat reseptörleri arac›l›¤› ile Ca⁺⁺’un hücre içerisine girifli ile bafllar.²⁴

Oligodendrositlerin, kainat ve AMPA arac›l›kl› toksi- siteye yan›tlar›n›n matürasyon evrelerine göre de¤ifl- kenlik gösterdi¤i bilinmektedir. Oligodendroglial öncüller olgun oligodendrositlere göre kainata daha duyarl›d›rlar, oysa olgun oligodendrosit- lerde eksitotoksik ölümün ana mediatörleri AMPA reseptörleridir.²⁵ Olgun oligodendrositler yüzey AMPA/kainat reseptörleri tafl›rlar.²⁶ Ancak, insan olgun OLG’lerinin çok düflük miktarda AM- PA/kainat reseptörü ifade etti¤i ve bu reseptörlerin aktivasyonu ile olan eksitotoksisiteye karfl› direnç gösterdikleri bildirilmifltir¹⁸ SSS’ndeki AMPA resep- törlerinin daha çok astrositler taraf›ndan tafl›nd›¤› da bilinmektedir.

OLG’lerin geliflimi s›ras›nda, AMPA-glutamat resep- tör arac›l› sinyaller geçici olarak artar ve olgunlaflma ile birlikte azal›r. Hücre membran› üzerinde AMPA

reseptörlerinin da¤›l›m› sabit de¤ildir. Ekstraselüler çevredeki de¤iflikliklere ba¤l› olarak postsinaptik membranda reseptörler artar veya azal›r²⁷ Ca⁺⁺ ’un hücre içine girifli veya hücre içi depolardan sal›n›m›

postsinaptik membranda AMPA reseptörlerinin say›- s›n› artt›r›r. S›çanlar›n ‘myelin basic protein’ bulun- duran olgun beyin OLG’leri kainat reseptörü veya AMPA reseptörüne sahip de¤ildir ve kainata karfl›

dirençlidirler. Oysa progenitor ve daha az olgunlafl- m›fl hücrelerde reseptör ifadesi bu durumun tam ter- sidir ve kainata karfl› hassast›rlar.²⁸ Yüksek düzeyde AMPA reseptör varl›¤›nda, apoptotik hücre ölümü bu reseptörlerin uzayan aktivasyonuna ba¤l›d›r.²⁴ Türler aras›ndaki farkl›l›k d›fl›nda, kemirgen ve insan hücre kültürlerinin haz›rlan›fllar› aras›ndaki farkl›l›kla- r›n da bu sonuca katk›s› olabilir. S›çan OLG’leri erken postnatal (P1-P3) progenitorlar olarak izole edilir ve in vitro olarak olgunlaflmalar› için indüklenirler. ‹nsan OLG’leri ise yetiflkin insan beyinlerinden izole edilir ve bu hücreler in vivo olarak olgunlaflt›r›l›rlar.

MULT‹PL SKLEROZDA SODYUM

KANALLARININ NÖRODEJENERASYON ÜZER‹NDEK‹ ETK‹LER‹

Hücre membran›nda bulunan, Na⁺/Ca⁺⁺yer de¤iflimi- ni sa¤layan protein hücrenin homeostasisinin deva- m› için gereklidir. Anoksi gibi baz› patolojik durumlarda bu iyon de¤ifliminin yönü tersine döner ve hüc- re içinde Ca⁺⁺birikimi olur. Na⁺/Ca⁺⁺de¤iflim kanalla- r› ile birlikte yerleflim gösteren baz› Na⁺ kanallar›n›n, deneysel allerjik ensefalomiyelit (DAE) de aksonal hasara etkisi oldu¤u bildirilmifltir.²⁹Sodyum kanalla- r›n›n sürekli aktivasyonu, Na⁺/Ca⁺⁺ ak›m›n› ters yöne de¤ifltirerek Na⁺’un hücre içine ak›fl›n› sa¤lar ve beyaz cevher içinde aksonal hasara neden olur29 Vol- taj ba¤›ml›-Na⁺kanallar›n›n varl›¤› kemirgen ve insan mikroglialar›nda gösterilmifltir.^30,31 DAE gibi hastal›k modellerinde, Na⁺kanal blokaj› ile beyaz cevherdeki traktuslarda aksonal hasar önlenebilir.^31,32

Yeni oluflan MS lezyonlar›nda, oligodendrositlerin apoptotik hücre ölümlerini takiben nöroinflamatu- var kaskat›n bafllamas›ndan sorumlu hücre tipi aktif mikroglialard›r.³³ Hücre içi Na⁺/Ca⁺⁺ konsantrasyon

(6)

de¤iflikliklerinin periferal lenfositlerin aktivasyonu ve proliferasyonuna etkisi oldu¤u bilinmektedir.³⁴ An- cak, Na⁺-kanallar›n›n mikroglia aktivasyonundaki rolleri henüz tam olarak ayd›nlat›lamam›flt›r. ‹ntraselü- ler Ca⁺⁺’un art›fl› ve sonras›nda sekonder sinyal kas- katlar›n›n uyar›lmas› mikroglia aktivasyonunda temel olay olabilir.³⁵Sodyum kanallar› yoluyla Na⁺’un hücre içine girifli membran depolarizasyonuna ve voltaj-ba-

¤›ml› Ca⁺⁺ kanallar›n›n aç›lmas› ile hücre içine Ca⁺⁺

giriflindeki art›fla neden olur.³⁴

Voltaja ba¤›ml› Na kanallar› (Nav1.2 ve Nav1.6) demiyelinize aksonlarda farkl› yüzey belirleyicileri gösterir- ler. Demiyelinizasyon sonras›, Nav1.2 aksonlarda yay- g›n olarak bulunur ve aksiyon potansiyel iletiminin

düzelmesini desteklerken, Nav1.6 ise ancak baz› aksonlarda artar (fiekil 1).^{3 6}

Mikroglia aktivasyonuna Na^{+ -}kanallar›n›n etkisini, MS ve DAE gibi nöroinflamatuvar hastal›klarda de¤erlen- diren bir çal›flmada Nav1.6’n›n ifadesindeki art›fl makrofaj ve mikroglia aktivasyonu ile iliflkili bulunmufl- tur.30 Na⁺kanal blokörü olarak fenitoin DAE’de infla- matuvar derecesini azalt›r. Ayr›ca spesifik Na+ kanal blokörü olan tetrodotoksinin (TTX) LPS-uyar›lm›fl rat mikroglialar›nda fagositik fonksiyonlar› %40 oran›nda zay›flad›¤› gösterilmifltir. Med fare’lerinin (Nav1.6 -/-), mikroglialar›nda fagositik aktivitenin %46 daha az oldu¤u gözlenmifl ve Med fare mikroglialar›nda TTX ile fagositik aktivitede de¤ifliklik olmam›flt›r.^{3 7}

fiekil 1.^{2 9}Demiyelinize aksonlar çevresinde Nav1.2 ve Nav1.6 kanallar›n›n farkl› ifade edilmeleri farkl›

görevleri oldu¤unu düflündürmektedir.

a) Demiyelinizasyon sonras›nda¹Nav1.2 kanallar› yayg›n olarak ortaya ç›kar²bu durum aksonlarda aksiyon potansiyeli oluflumunu korur³

b) Demiyelinizasyon sonras›nda Nav1.6 kanallar› baz› aksonlarda ifade edilirler.¹

Bu kanallar kal›c› Na ak›m› olufltururlar.² Bu durum Na⁺/ C a^{+ +}ak›m›n› tersine çevirir³ve intraaksonal Ca birikimine neden olarak⁴hasarland›r›c› ikincil yolaklar›n aktive olmas› ve aksonal kayba neden olur.

N a⁺

N a⁺ N a⁺ N a⁺

N a⁺

N a⁺ N a⁺

N a⁺ N a⁺ A k s o n

A k s o n

1 - D e m i y e l i n i z a s y o n

2- Nav1.6 kanal ifadesinde art›fl ve Na’un sürekli içeri girifli

4- ‹ntraaksonal Ca birikimi

Hasar oluflturan zedelenme kaskad›n›n aktivasyonu 3-Na-Ca de¤ifliminin ters dönmesi ( a )

( b )

2- Nav1.2 kanal ifadesinde art›fl

3-‹letimin düzelmesi

C a^{2 +}

C a^{2 +} C a^{2 +} C a^{2 +} C a^{2 +}

C a^{2 +} C a^{2 +}

N a⁺

N a⁺ N a⁺

N aN a⁺ ⁺

N a⁺

N a⁺ N a⁺

N a⁺ N a⁺ N a⁺ N a⁺

N a⁺ N a⁺ N a⁺ N a⁺ N a⁺

(7)

Nav1.6, mikroglia ve makrofajlarda yayg›n bulunan Na⁺kanal›d›r. DAE ve MS’de aktif mikroglia ve makrofajlarda ifadeleri artar. Nav1.6 ile mikroglial aktivasyon aras›nda ba¤lant› vard›r.^29,37Fenitoin ile teda- vi edilen DAE’nin klini¤inde yat›flma ve spinal kord- da immün hücrelerin say›s›nda azalma oldu¤u göste- rilmifltir.

SONUÇ

MS’in farkl› patolojik ve klinik bulgular, farkl› klinik seyirler gösterdi¤i bilinmektedir. Ancak, hastal›¤›n

patolojisindeki süreçlerden demiyelinizasyon, inflamasyon, remiyelinizasyon ve nörodejenerasyonun birbirinden ba¤›ms›z olmad›¤›, birbiri içine geçmifl ve kompleks süreçler oldu¤u düflünülmektedir. Bu süreç- lerin anlafl›lmas› afla¤›daki örnek flekil ile kolay olabilir (fiekil 2). MS’teki nörodejenerasyon sürecinde; inflamasyon, IL-1 ve TNF-α n›n reseptörleri üzerinden glutamat toksisitesindeki art›flla olaya katk›da bulunur.

Olay›n bütünü gibi nörodejenerasyon süreci de glutamat, sodyum – kalsiyum kanallar› gibi farkl› birimlerin ortak etkilerinin bir sonucu olarak flekillenmektedir.

fiekil 2. Multipl Sklerozun bafllang›ç ve seyrindeki süreçlerin birbiri ile olan iliflkileri

‹nflamasyon

‹nflamasyon

Demiyelinizasyon

Nörodejenerasyon

Remiyelinizasyon

⇓

(8)

KAYNAKLAR

1. Zaffaroni M. Biological indicators of the neurodegenerative phase of multiple sclerosis. Neurol Sci 2003; 24: S279–S282.

2. Semra YK, Seidi OA, Sharief MK. Heightened intrathecal release of axonal cytoskeletal proteins in multiple sclerosis is associated with progressive disease and clinical disability. J Neuroimmunol 2002;

122:132–139.

3. Rawes JA, Calabrese VP, Khan OA, De Vries GH. Antibodies to the axolemma-enriched fraction in the cerebrospinal fluid and serum of patients with multiple sclerosis and other neurological diseases.

Mult Scler 1997; 3: 363–369.

4. Sadatipour BT, Greer JM, Pender MP. Increased circulating anti- ganglioside antibodies in primary and secondary progressive multiple sclerosis. Ann Neurol 1998; 44: 980–983.

5. Petzold A, Baker D, Pryce G, Keir G, Thompson EJ, Giovannoni G.

Quantification of neurodegeneration by measurement of brain-specific proteins. J Neuroimmunol 2003; 138: 45–48.

6. Fazekas F, Strasser-Fuchs S, Schmidt H, Enzinger C, Ropele S. Apo- lipoprotein E genotype related differences in S282 brain lesions of multiple sclerosis. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2000; 69: 25–28.

7. Enzinger C, Ropele S, Strasser-Fuchs S, Kapeller P, Schmidt H. Lo- wer levels of N-acetylaspartate in multiple sclerosis patients with the apolipoprotein E Â4 allele. Arch Neurol 2003; 60: 65–70.

8. Fonnum F. Glutamate: a neurotransmitter in mammalian brain. J Neurochem 1984; 42 : 1–11.

9. Danbolt NC. Glutamate uptake. Prog Neurobiol 2001; 65 : 1–105.

10. Steinman L. Multiple sclerosis: a two-stage disease. Nat Immun 2001; 2: 762–764.

11. Schwartz M, Shaked I, Fisher J, Mizrahi T, Schori H. Protective auto- immunity against the enemy within: fighting glutamate toxicity.

Trends Neurosci. 2003; 26(6): 297-302.

12. Calabrese V, Bates TE, Stella AM. NO synthase and Nodependent signal pathways in brain aging and neurodegenerative disorders:

The role of oxidant/antioxidant balance. Neurochem Res 2000; 25, 1315–1341.

13. Back SA, Gan X, Li Y, Rosenberg PA, Volpe JJ. Maturation-dependent vulnerability of oligodendrocytes to oxidative stress-induced death caused by glutathione depletion. J Neurosci 1998; 18:

6241–6253.

14. Milagros Bassani Molinas M. Oligoclonal bands and antibody res- ponses in multiple sclerosis. J Neurol 2002; 249: 375–89.

15. Yong VW, Power C, Forsyth P, Edwards DR. Metalloproteinases in biology and pathology of the nervous system. Nat Rev Neurosci 2001; 2: 501–510.

16. Takahashi JL, Giuliani F, Power C, Imai Y, Yong VW. Interleukin-1 Promotes Oligodendrocyte Death through Glutamate Excitotoxi- city. Ann Neurol 2003;53:588–595.

17. Hu S, Sheng WS, Ehrlich LC, et al. Cytokine effects on glutamate uptake by human astrocytes. Neuroimmunomodulation 2000; 7:

153–159.

18. Wosik K, Ruffini F, Almazan G, Olivier A, Nalbantoglu J, Antel JP. Re- sistance of human adult oligodendrocytes to AMPA/kainate receptor-mediated glutamate injury. Brain 2004; 127(12): 2636-2648.

19. Beattie EC, Stellwagen D, Morishita W, et al. Control of synaptic strength by glial TNFalpha. Science 2002; 295: 2282–5.

20. Trapp BD, Peterson J, Ransohoff RM, Rudick R, Mork S, Bo L. Axo- nal transection in the lesions of multiple sclerosis. N Engl J Med 1998;338(5): 278–285.

21. Chang A, Tourtellotte W, Rudick R, Trapp B. Premyelinating oligodendrocytes in chronic lesions of multiple sclerosis. N Engl J Med 2002; 346: 165–73.

22. Rosin C, Bates TE, Skaper SD. Excitatory amino acid induced oligodendrocyte cell death in vitro: receptor-dependent and -indepen- dent mechanisms. J Neurochemistry 2004 ; 90: 1173–1185.

23. Hollmann M, Heinemann SF. Cloned glutamate receptors. Annu Rev Neurosci 1994; 17: 31–108.

24. Alberdi E, Sanchez-Gomez MV, Marino A, Matute C. Ca2+ influx through AMPA or kainate receptors alone is sufficient to initiate excitotoxicity in cultured oligodendrocytes. Neurobiol Dis 2002; 9:

234–243.

25. Leuchtmann EA, Ratner AE, Vijitruth R, Qu Y,McDonald JW. AMPA receptors are the major mediators of excitotoxic death in mature oligodendrocytes. Neurobiol Dis 2003; 14: 336–348.

26. Deng W, Poretz RD. Oligodendroglia in developmental neurotoxi- city. Neu r ot ox ic ology 2003; 24: 161–178.

27. Itoh T, Bee sley J, Itoh A, et al. AMPA glut am ate rec e pt o r - m ed i ated cal- c ium sign aling is trans iently enh a nced during dev el o pment of olig o- d e nd r o c ytes. J Neur o chem 2002; 81: 390–402.

2 8 . R os e nberg PA, Dai W, Gan XD, et al. Mat ure myelin basic prot ei n - e xp r e s- sing olig od e nd r o c ytes are ins e ns it ive to kai n ate tox icity. J Neur o sci Res 2003; 71: 237–245.

29. Craner MJ, Hains BC, Lo AC, Black JA, Waxman SG. Col oc al iz at ion of s od ium channel Nav1.6 and the sod iu m - c a lc ium exch a nger at sites of a x onal injury in the spinal cord in EAE. Brain 2004a; 127(Pt 2):294–303.

30. Kor o tzer AR, Cotman CW. Volt ag e - g ated currents exp r e ssed by rat m i cr o gl ia in cult ure. Glia1992; 6:81–88.

31. Lo AC, Saab CY, Black JA, Waxman SG. Phenyt oin protects spinal cord axons and pres e rves axonal cond u ct ion and neu r ol og ical funct ion in a m odel of neu r oi n fl a mm at ion in vivo. J Neur o p hy s iol 2003;

90:3566–3571.

32. Kapoor R, Davies M, Blaker PA, Hall SM, Smith KJ. Blockers of sodium and calcium entry protect axons from nitric oxide-mediated de- generation. Ann Neurol 2003; 53:174–180.

33. Barnett MH, Prineas JW. Relapsing and remitting multiple sclerosis:

Pathology of the newly forming lesion. Ann Neurol 2004; 55:

458–468.

34. Craner MJ, Damarjian TG, Liu S, Hains BC, Lo AC, Black JA, New- combe J, Cuzner ML, Waxman SG. Sodium Channels Contribute to Microglia/Macrophage Activation and Function in EAE and MS. Gli- a 2005; 49: 220–229.

35. Hoffmann A, Kann O, Ohlemeyer C, Hanisch UK, Kettenmann H.

Elevation of basal intracellular calcium as a central element in the activation of brain macrophages (microglia): suppression of receptor-evoked calcium signaling and control of release function. J Neu- rosci 2003; 23: 4410–4419.

36. Waxman SG, Craner MJ, Black JA. Na+ channel expression along axons in multiple sclerosis and its models. Trends Pharmacol Sci.

2004;25(11):584-91.

37. Ohgoh M, Hanada T, Smith T, et al. Altered expression of glutamate transporters in experimental autoimmune encephalomyelitis. J Neuroimmunol 2002;125:170 –178.

D Ü Z E L T M E :

Türk Nöroloji Dergisi Cilt:12 Say›:1’de yukar›daki makalede yazar isimlerinin s›ralamas› yanl›flt›r. S›ralaman›n do¤ru flekli afla¤›dad›r.

“Asl› Kurne, Ömer Faruk Ayd›n, Rana Karabudak”