PMC

La sclerosi multipla (SM) colpisce attualmente circa 2,5 milioni di persone nel mondo. La SM è tipicamente diagnosticata nei giovani adulti e di solito non è fatale, il che significa che le persone vivono a lungo con la SM. Gli individui colpiti di solito soffrono di una progressiva disabilità fisica e/o cognitiva, che spesso include fatica (89,6%), depressione (53,9%), perdita di memoria (49,0%), disfunzioni motorie o sensoriali (76,4%, 70,4%) e incontinenza urinaria (50,8%). Questa disabilità pesa sui pazienti, sui loro cari e su chi si prende cura di loro, e costa all’economia miliardi di dollari ogni anno.

La SM è una malattia neurodegenerativa cronica, progressiva, demielinizzante, guidata da un sistema immunitario aberrante che colpisce il cervello e il midollo spinale. La perdita di neuroni e l’atrofia cerebrale, evidente anche nelle fasi iniziali della malattia, è ritenuta il principale meccanismo di disabilità fisica e cognitiva irreversibile nella SM. Rimane una mancanza di trattamenti efficaci che mirano a questi processi, in gran parte a causa di una mancanza di comprensione di ciò che guida la neurodegenerazione. Cosa causa la neurodegenerazione nella SM? Il processo di neurodegenerazione progressiva diffusa richiede più della formazione di lesioni demielinizzanti acute guidate da un attacco autoimmune. Altri hanno proposto che l’età, l’accumulo di ferro, l’attivazione microgliale cronica, la disfunzione mitocondriale e l’eccitotossicità da glutammato (tutti meccanismi ben caratterizzati che portano al danno neuronale) potrebbero essere fattori che contribuiscono alla morte delle cellule neuronali nella SM. Recentemente, è stato anche suggerito che ci potrebbe essere un attacco autoimmune diretto contro i neuroni.

Ma facciamo un passo indietro per un momento, e capiamo la distribuzione topografica della patologia nella SM. Lesioni focali di demielinizzazione attiva possono essere visualizzate alla risonanza magnetica durante una ricaduta della SM e appaiono in tutto il midollo spinale e/o nel cervello come lesioni localizzate che di solito sono associate ai vasi sanguigni. È interessante notare che un’altra zona comune di demielinizzazione è vicino alla regione periventricolare situata nella materia grigia e bianca profonda (Haider et al., 2014). Queste lesioni di solito si appoggiano direttamente ai ventricoli e tipicamente seguono il loro perimetro adiacente al liquido cerebrospinale (CSF). Negli stadi più avanzati della SM, si diffondono schemi impressionanti di lesioni corticali superficiali, in cui è interessato il perimetro della materia grigia corticale che riveste lo spazio subaracnoideo ricco di CSF (Haider et al, 2014).

Le regioni di formazione delle lesioni non hanno una preferenza per la materia bianca o la materia grigia, piuttosto la loro preferenza risiede nella loro vicinanza alla barriera emato-encefalica (BBB) o alla barriera del liquido spinale cerebrale (BCSFB), e nel tempo, adiacente allo spazio subaracnoideo ricco di CSF. Dato che la modalità di ingresso delle cellule immunitarie nel sistema nervoso centrale (SNC) è attraverso la BBB e BCSFB, queste regioni di formazione delle lesioni non sono una sorpresa. Si pensa che i meccanismi iniziali coinvolgano l’infiltrazione di linfociti T reattivi alla mielina. In queste regioni di infiammazione, le cellule gliali e i neuroni sono colpiti. Gli oligodendrociti e i neuroni vicini vengono danneggiati e muoiono. Anche la microglia e gli astrociti diventano reattivi contribuendo ai processi patologici. La microglia contribuisce allo stress ossidativo attraverso il burst ossidativo, che è considerato una delle principali modalità di patologia nella SM. Gli astrociti, nel frattempo, assumono morfologie ipertrofiche distintive e si estendono dai siti attivi di demielinizzazione alla normale materia cerebrale, e probabilmente svolgono un ruolo precoce e attivo nella SM. Altre cellule, come le cellule progenitrici degli oligodendrociti e le cellule staminali neurali, sono destinate a contribuire agli eventi rigenerativi. Le cellule progenitrici oligodendrocitarie sono reclutate nei siti di demielinizzazione, dove si differenziano in oligodendrociti rimielinizzanti attraverso una serie di meccanismi. Le cellule staminali neurali possiedono una notevole capacità di specializzarsi in neuroni o cellule gliali, e sono state considerate bersagli per la terapia della SM. Le cellule endoteliali cerebrali perdono efficacia come cellule di barriera a giunzione stretta, creando una via d’ingresso di sostanze indesiderate e neurotossiche nel SNC. Anche i periciti sono stati implicati nella patologia della SM, con cambiamenti fenotipici corrispondenti alla gravità della malattia.

Cellule ependimali nella SM: Le cellule ependimali sono un tipo di cellula gliale che risiede nel SNC il cui ruolo nella SM è criticamente sottovalutato. Sono semplici cellule epiteliali ciliate di origine gliale radiale, che rivestono l’intera superficie ventricolare del SNC e il canale centrale del midollo spinale (Del Bigio, 2010). Come tali, le cellule ependimali sono il tipo di cellula più predominante associato al CSF. È importante notare che sono l’unico tipo di cellule che si trova tra il CSF e le lesioni periventricolari profonde della sostanza bianca e grigia nella SM. Le cellule ependimali forniscono sia una barriera immunologica che una barriera parziale che regola il trasporto bidirezionale di molecole tra il CSF ventricolare e il liquido interstiziale. Le cellule ependimali sembrano svolgere un ruolo integrale nell’eliminazione dei metaboliti tossici, nel rilevamento dei nutrienti e nella regolazione metabolica all’interno del cervello. Esse contengono un cilio primario che percepisce le molecole circolanti all’interno del CSF e ciuffi di ciglia mobili che mantengono il flusso laminare del CSF sulla superficie del ventricolo. Le cellule ependimali sono anche dotate di gap junctions, giunzioni di aderenza e trasportatori specializzati che consentono il trasporto selettivo di molecole (Del Bigio, 2010).

I ricercatori hanno fornito prove che suggeriscono che le cellule ependimali sono sensibili all’infiammazione e diventano patologiche nella SM (Nathoo et al., 2016; Lisanti et al., 2005; Schubert et al., 2019). Utilizzando la tecnologia MRI, Lisanti et al. (2005) hanno scoperto un modello unico associato all’ependima dei pazienti con SM, che hanno definito “il segno ‘Dot-Dash’ ependimale”. Sulle immagini di recupero di inversione attenuata dal fluido, hanno descritto un “Dot” come un’irregolarità rotonda iperintensa della sottosuperficie ependimale con un diametro maggiore dello spessore di un “Dash” adiacente. Il segno “Dot-Dash” è specifico e sensibile al rilevamento della SM, soprattutto nei pazienti più giovani (Età < 50; specificità 71,9%, sensibilità 95,7%) (Lisanti et al., 2005). Il nostro stesso lavoro ha suggerito che queste cellule sono particolarmente vulnerabili alla morte cellulare; le cellule ependimali adulte non sono in grado di sopravvivere oltre alcune ore in vitro, anche in condizioni di supporto (Shah et al., 2018). Nei casi di malattie neurodegenerative, tra cui il morbo di Alzheimer e la SM, il nostro lavoro preliminare suggerisce che queste cellule sono vulnerabili alla morfologia anomala nei cervelli patologici. Abbiamo trovato che grandi porzioni dello strato ependimale sono state perse (oltre il normale invecchiamento); e molte delle cellule ependimali che sono rimaste non proiettano più processi nel parenchima (osservazioni non pubblicate).

Come menzionato, le cellule ependimali sono coinvolte nella circolazione del CSF e queste cellule sembrano diventare patologiche nella SM (Lisanti et al., 2005). Schubert et al. (2019) hanno tracciato il flusso del CSF in individui con SM, e hanno scoperto che il tasso di circolazione del CSF nei pazienti con SM era significativamente diminuito rispetto agli individui sani. Il CSF è una via principale per spostare i sottoprodotti parenchimali, compresi i rifiuti cellulari che si raccolgono nel liquido interstiziale, in preparazione per l’escrezione. Il CSF scorre dalle cavità ventricolari, lungo lo spazio subaracnoideo e fuori dal cervello e nei linfonodi drenanti. Questo flusso avviene ad alta velocità, con una persona media che fa circolare il CSF 2-3 volte ogni 24 ore. Simile alla SM, l’invecchiamento provoca cambiamenti nell’ependima (Todd et al., 2018). Ma, a differenza della SM, la disfunzione delle cellule ependimali è stata studiata relativamente bene nell’invecchiamento. Nell’invecchiamento, lo strato ependimale si assottiglia significativamente mentre gli astrociti formano simultaneamente giunzioni con le cellule ependimali residenti. Inoltre, ci sono riduzioni pronunciate nella densità delle ciglia mobili sulla superficie apicale delle cellule ependimali e un accumulo di lipidi. Di conseguenza, i rifiuti metabolici derivati dal cervello probabilmente si accumulano nel cervello invecchiato. Soprattutto, i danni alle cellule ependimali e le anomalie periventricolari sono stati correlati al declino neurocognitivo (Todd et al., 2018). Se la disfunzione delle cellule ependimali causa il declino cognitivo che si osserva nei pazienti con SM è ancora da studiare (Chiaravalloti e DeLuca, 2008). Negli studi di knock-out dei geni associati alle cellule ependimali, gli animali da esperimento spesso presentano atrofia cerebrale, neuroinfiammazione, demielinizzazione periventricolare e allargamento ventricolare, che sono caratteristiche della patologia della SM (Liu et al., 2014; Juurlink, 2015). Se la disfunzione delle cellule ependimali contribuisce a una qualsiasi di queste caratteristiche patologiche osservate nei pazienti con SM non è stato studiato.

Nella SM, la precoce dominanza di lesioni periventricolari, che si affacciano sul CSF, insieme all’eventuale accumulo di lesioni adiacenti al CSF nello spazio subaracnoideo, rende altamente probabile che la presenza e il progressivo accumulo di fattori associati al CSF contribuisca alla malattia. Dato che le cellule ependimali sono il principale tipo di cellula che interagisce con il CSF, e sono il principale tipo di cellula barriera che si trova tra il CSF e le lesioni periventricolari della SM, è altamente probabile che questa cellula sia influenzata da fattori associati al CSF nella SM. Ci sono diverse citochine e cellule infiammatorie, così come detriti, che circolano nel CSF dei pazienti con SM; inclusi fattori proinfiammatori come, interferone-gamma (INFγ), Cxcl12, fattore di necrosi tumorale, interleuchina-2, e interleuchina-22 (Magliozzi et al., 2018). Se l’accumulo di fattori associati al CSF nella SM è guidato dalla disfunzione delle cellule ependimali è sconosciuto, e se la disfunzione delle cellule ependimali contribuisce direttamente alla patogenesi del cervello della SM e ai sintomi della SM, o è una conseguenza secondaria, rimane poco chiara.

Ci sono probabilmente molti meccanismi che guidano la disfunzione e la morte delle cellule ependimali negli stati patologici (Figura 1). In particolare, le cellule ependimali sono sensibili a certe citochine, tra cui Cxcl12 e INFγ (Shah et al., 2018). È interessante notare che INFγ ha già dimostrato di essere associato all’invecchiamento e al declino cognitivo, associato alla progressione della SM. I frammenti di mielina che entrano nel CSF dei pazienti con SM, probabilmente causano anche danni alle cellule ependimali (Laabich et al., 1991). Inoltre, le cellule T-helper nella SM probabilmente interagiscono direttamente con le cellule ependimali attraverso il legame Fas-FasL, e possono anche contribuire alla disfunzione o alla morte delle cellule ependimali (Shah et al., 2018).

Meccanismi proposti di interazioni molecolari tra fattori associati al CSF e cellule ependimali nella SM.

Le citochine, come INFγ e Cxcl12, così come i detriti mielinici circolano nel CSF dei pazienti SM. Le cellule ependimali sono dotate di recettori che hanno affinità di legame per INFγ e Cxcl12, e hanno anche dimostrato di essere sensibili ai danni indotti dalla mielina. Inoltre, le cellule T-helper nella SM probabilmente interagiscono direttamente con le cellule ependimali attraverso il legame Fas-FasL, e possono contribuire alla disfunzione o alla morte delle cellule ependimali. Creato con BioRender.com. CSF: liquido cerebrospinale; INF: interferone; MS: sclerosi multipla.

Conclusione: Se i danni alle cellule ependimali, direttamente o indirettamente, causano disfunzioni in qualsiasi punto dell’intricato sistema circolatorio del cervello, è possibile che la rimozione dei rifiuti cellulari sia inadeguata e possa causare un accumulo di fattori tossici e dannosi. Anche se ci sono prove che le cellule ependimali sono vulnerabili alla disfunzione nella malattia, lo studio della biologia delle cellule ependimali nel contesto della SM e dell’infiammazione è criticamente poco studiato. Decifrando il ruolo preciso delle cellule ependimali nella SM si spera di rivelare nuovi obiettivi terapeutici per trattare efficacemente gli individui con questa malattia.