Stwardnienie rozsiane (SM) to przewlekły stan zapalny charakteryzujący się demielinizacją, który dotyka około 2,5 miliona osób na całym świecie. Większość osób, u których zdiagnozowano stwardnienie rozsiane, ma przebieg choroby rzutowo-remisyjnej (RR). W fazie nawrotu ostry stan zapalny prowadzi do nieuniknionej utraty mieliny i aksonów. I odwrotnie, podczas remisji, zmiany demielinizacyjne mogą być naprawione przez remielinizację, zapewniając troficzne wsparcie aksonom i zapobiegając postępującej utracie aksonów1. Niepowodzenie remielinizacji występuje w przewlekłych stadiach stwardnienia rozsianego i prowadzi do postępującego zwyrodnienia aksonów2.
Proces remielinizacji jest krytycznie skorelowany z komórkami prekursorowymi oligodendrocytów (OPC), obejmując proliferację i migrację OPC w celu różnicowania się w dojrzałe oligodendrocyty (OL), które są komórkami tworzącymi mielinę w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN)3. W początkowych stadiach choroby liczba nowych OL generowanych przez OPC wokół zmian demielinizacyjnych jest względnie zachowana i może skutecznie promować remielinizację4. Jednak w zaawansowanych stadiach stwardnienia rozsianego niewystarczająca migracja i różnicowanie OPC prowadzi do zmniejszenia liczby nowych OL i upośledzenia remielinizacji5, co prowadzi do zwyrodnienia nerwów i akumulacji niepełnosprawności.
Zaproponowano dwie hipotezy wyjaśniające neurodegenerację w SM. Hipoteza zewnętrzna sugeruje, że odpowiedź immunologiczna zainicjowana przez aktywowane limfocyty T powoduje demielinizację, a także neurodegenerację6. Model wewnętrzny sugeruje jednak, że wewnętrzne nieprawidłowości w OPCs7, OLs8 i innych komórkach w OUN mogą przyczyniać się do neurodegeneracji. Wcześniej uważano, że model wewnętrzny ma zastosowanie tylko w bardziej zaawansowanych stadiach stwardnienia rozsianego, takich jak pierwotnie lub wtórnie postępujące stwardnienie rozsiane (PPMS i SPMS). Niemniej jednak neurodegeneracja niezależna od stanu zapalnego lub nawrotu została ostatnio zaobserwowana w RRMS9,10, co sugeruje, że wewnętrzne nieprawidłowości komórkowe mogą być zaangażowane we wszystkie stadia choroby, w tym RRMS.
Ponadto, ferroptoza, charakterystyczny szlak śmierci komórkowej związany z zaburzeniami metabolicznymi lipidów za pośrednictwem żelaza, odgrywa kluczową rolę w neurodegeneracji. Szlak ten obejmuje brak równowagi wewnątrzkomórkowych stanów redoks napędzanych nadmiarem żelaza, co prowadzi do akumulacji nadtlenku lipidów i produkcji reaktywnych form tlenu (ROS), co ostatecznie prowadzi do oksydacyjnej śmierci komórki11. Choroby neurodegeneracyjne, takie jak choroba Alzheimera, choroba Parkinsona i choroba Huntingtona, często wynikają z oksydacyjnego uszkodzenia komórek neuronalnych, które jest często wywoływane przez niezwykle wysokie stężenie żelaza w zmianach chorobowych. W stwardnieniu rozsianym zwiększona podatność na uszkodzenia oksydacyjne w połączeniu z dysfunkcją mitochondriów spowodowaną wysoką zawartością lipidów i zużyciem tlenu przez komórki OUN sprzyja peroksydacji lipidów, krytycznemu czynnikowi ferroptozy. OL są wrażliwe na peroksydację lipidów, co jest istotną cechą ferroptozy12. Odkładanie się żelaza w pobliżu zmian zapalnych kręgosłupa13 oraz podatność OL na peroksydację lipidów14 i wolne rodniki15 podkreślają podatność MS na ferroptozę.
Niedotlenienie to kolejny krytyczny czynnik w patogenezie SM, przyczyniający się do utraty oligodendrocytów. Dowody na uszkodzenia podobne do niedotlenienia i wytwarzanie ROS i tlenku azotu (NO) w ostrych zmianach SM wskazują, że takie stresory mogą przyspieszyć dysfunkcję mitochondriów i wynikające z nich deficyty energii16. Ten stres metaboliczny nie tylko wpływa na OL, ale także upośledza sąsiednie aksony poprzez zakłócony transfer energii17, ponieważ kanały mielinowe przekazują energię między osłonką mielinową a przestrzeniami okołoaksonalnymi.
Pierwotne ludzkie OPC i OL OUN są niezwykle trudno dostępne u pacjentów ze stwardnieniem rozsianym. W związku z tym ludzkie OPC i OL pochodzące z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC) okazały się obiecującymi narzędziami do badania wewnętrznych zaburzeń SM. W świetle kluczowej roli ferroptozy i hipoksji w patogenezie SM oraz ich wpływu na linię oligodendrocytów, w badaniu wykorzystano ważoną analizę sieci koekspresji genów (WGCNA) w celu wyodrębnienia informacji o module18 i wyjaśnienia wzorców ekspresji genów związanych z tymi zjawiskami w SM. Poprzez badania przesiewowe współczynników korelacji między genami jesteśmy w stanie zidentyfikować te same lub podobne sieci lub moduły koekspresji, rzucając światło na nowe biomarkery lub potencjalne cele terapeutyczne dla SM. Ponadto, koncentrując się na czynnikach transkrypcyjnych (TF), które regulują krytyczne geny, badanie to stanowi podstawę do dalszego badania mechanizmów i potencjalnych strategii interwencji w przypadku stwardnienia rozsianego.