Astrocito
Tipo de célula cerebral
Astrocito
Astrocito de cerebro de rata cultivado en cultivo de tejidos y teñido con anticuerpos contra GFAP (rojo) y vimentina (verde). Ambas proteínas están presentes en grandes cantidades en los filamentos intermedios de esta célula, por lo que la célula aparece amarilla. El material azul muestra ADN visualizado con tinción DAPI y revela el núcleo del astrocito y de otras células. Imagen cortesía de EnCor Biotechnology Inc.
Detalles
PrecursorGlioblast
UbicaciónCerebro y médula espinal
Identificadores
latínastrocito
MallaD001253
Identificación de NeuroLexsao1394521419
ElH2.00.06.2.00002, H2.00.06.2.01008
FMA54537
Términos anatómicos de microanatomía
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Los astrocitos (del griego antiguo ἄστρον , ástron , "estrella" y κύτος , kútos , "cavidad", "célula"), también conocidos colectivamente como astroglia , son células gliales características en forma de estrella en el cerebro y la médula espinal . Realizan muchas funciones, incluido el control bioquímico de las células endoteliales que forman la barrera hematoencefálica , [1] el suministro de nutrientes al tejido nervioso, el mantenimiento del equilibrio iónico extracelular, la regulación del flujo sanguíneo cerebral y un papel en el proceso de reparación y cicatrización del cerebro y la médula espinal después de infecciones y lesiones traumáticas. [2] La proporción de astrocitos en el cerebro no está bien definida; dependiendo de la técnica de conteo utilizada, los estudios han encontrado que la proporción de astrocitos varía según la región y oscila entre el 20% y alrededor del 40% de toda la glía. [3] Otro estudio informa que los astrocitos son el tipo de célula más numeroso en el cerebro. [2] Los astrocitos son la principal fuente de colesterol en el sistema nervioso central. [4] La apolipoproteína E transporta el colesterol desde los astrocitos a las neuronas y otras células gliales, regulando la señalización celular en el cerebro. [4] Los astrocitos en los humanos son más de veinte veces más grandes que en los cerebros de los roedores y hacen contacto con más de diez veces la cantidad de sinapsis. [5]

Las investigaciones realizadas desde mediados de los años 1990 han demostrado que los astrocitos propagan ondas intercelulares de Ca 2+ a largas distancias en respuesta a la estimulación y, de manera similar a las neuronas, liberan transmisores (llamados gliotransmisores ) de una manera dependiente de Ca 2+ . [6] Los datos sugieren que los astrocitos también envían señales a las neuronas a través de la liberación de glutamato dependiente de Ca 2+ . [7] Estos descubrimientos han convertido a los astrocitos en un área importante de investigación dentro del campo de la neurociencia .

Estructura

Astrocitos (verde) en el contexto de neuronas (rojo) en un cultivo de células de la corteza de ratón
Cultivo de cerebro fetal de astrocito humano de 23 semanas de edad
Astrocitos (rojo-amarillo) entre neuronas (verde) en la corteza cerebral viva

Los astrocitos son un subtipo de células gliales del sistema nervioso central . También se conocen como células gliales astrocíticas. Tienen forma de estrella y sus numerosos procesos envuelven las sinapsis creadas por las neuronas. En los seres humanos, una sola célula astrocítica puede interactuar con hasta 2 millones de sinapsis a la vez. [8] Los astrocitos se identifican clásicamente mediante análisis histológico ; muchas de estas células expresan la proteína ácida fibrilar glial del filamento intermedio (GFAP). [9]

Tipos

Existen varias formas de astrocitos en el sistema nervioso central: fibrosos (en la materia blanca), protoplásmicos (en la materia gris) y radiales .

Glía fibrosa

Las células gliales fibrosas se encuentran generalmente dentro de la materia blanca, tienen relativamente pocos orgánulos y presentan largos procesos celulares no ramificados. Este tipo a menudo tiene procesos terminales astrocíticos que conectan físicamente las células con el exterior de las paredes capilares cuando están cerca de ellas. [10]

Glía protoplásmica

Las glías protoplásmicas son las más frecuentes y se encuentran en el tejido de materia gris, poseen una mayor cantidad de orgánulos y presentan procesos terciarios cortos y muy ramificados. [ cita requerida ]

Glía radial

Las células gliales radiales están dispuestas en planos perpendiculares a los ejes de los ventrículos . Uno de sus procesos linda con la piamadre , mientras que el otro está enterrado profundamente en la materia gris. Las células gliales radiales están presentes principalmente durante el desarrollo, desempeñando un papel en la migración neuronal . Las células de Müller de la retina y las células gliales de Bergmann de la corteza cerebelosa representan una excepción, estando presentes todavía durante la edad adulta. Cuando están cerca de la piamadre, las tres formas de astrocitos envían procesos para formar la membrana piamadre-glial .

Uso de energía

Las primeras evaluaciones del uso de energía en la señalización de la materia gris sugirieron que el 95% se atribuía a las neuronas y el 5% a los astrocitos. [11] Sin embargo, después de descubrir que los potenciales de acción eran más eficientes de lo que se creía inicialmente, se ajustó el presupuesto de energía: 70% para las dendritas, 15% para los axones y 7% para los astrocitos. [12] Los relatos anteriores asumieron que los astrocitos capturaban K⁺ sináptico únicamente a través de los canales Kir4.1 . Sin embargo, ahora se entiende que también utilizan Na⁺/K⁺ ATPasa . Si se tiene en cuenta este almacenamiento intermedio activo, la demanda de energía astrocítica aumenta en >200%. Esto está respaldado por reconstrucciones de neuropilos en 3D que indican densidades mitocondriales similares en ambos tipos de células, así como datos transcriptómicos y proteómicos específicos de cada célula y tasas del ciclo del ácido tricarboxílico. [13] Por lo tanto, "gramo por gramo, los astrocitos resultan ser tan caros como las neuronas". [13]

Desarrollo

Los astrocitos se representan en rojo. Los núcleos celulares se representan en azul. Los astrocitos se obtuvieron de cerebros de ratones recién nacidos.

Los astrocitos son células macrogliales del sistema nervioso central. Los astrocitos derivan de poblaciones heterogéneas de células progenitoras del neuroepitelio del sistema nervioso central en desarrollo. Existe una notable similitud entre los mecanismos genéticos bien conocidos que especifican el linaje de los diversos subtipos de neuronas y el de las células macrogliales. [14] Al igual que con la especificación de las células neuronales, los factores de señalización canónicos como Sonic Hedgehog (SHH), el factor de crecimiento de fibroblastos (FGF), los WNT y las proteínas morfogenéticas óseas (BMP), proporcionan información posicional a las células macrogliales en desarrollo a través de gradientes de morfógenos a lo largo de los ejes dorsal-ventral, antero-posterior y medial-lateral. El patrón resultante a lo largo del neuroeje conduce a la segmentación del neuroepitelio en dominios progenitores (p0, p1 p2, p3 y pMN) para distintos tipos de neuronas en la médula espinal en desarrollo. Sobre la base de varios estudios, ahora se cree que este modelo también se aplica a la especificación de las células macrogliales. Estudios realizados por Hochstim y colegas han demostrado que tres poblaciones distintas de astrocitos surgen de los dominios p1, p2 y p3. [15] Estos subtipos de astrocitos pueden identificarse sobre la base de su expresión de diferentes factores de transcripción (PAX6, NKX6.1 ) y marcadores de superficie celular ( reelina y SLIT1 ). Las tres poblaciones de subtipos de astrocitos que se han identificado son: 1) astrocitos VA1 ubicados dorsalmente, derivados del dominio p1, expresan PAX6 y reelina; 2) astrocitos VA3 ubicados ventralmente, derivados de p3, expresan NKX6.1 y SLIT1; y 3) astrocito VA2 ubicado en la sustancia blanca intermedia, derivado del dominio p2, que expresa PAX6, NKX6.1, reelina y SLIT1. [16] Después de que se ha producido la especificación de los astrocitos en el SNC en desarrollo, se cree que los precursores de los astrocitos migran a sus posiciones finales dentro del sistema nervioso antes de que se produzca el proceso de diferenciación terminal .

Función

Interacciones metabólicas entre astrocitos y neuronas [17]

Los astrocitos ayudan a formar la estructura física del cerebro y se cree que desempeñan una serie de funciones activas, incluida la secreción o absorción de transmisores neuronales y el mantenimiento de la barrera hematoencefálica. [18] Se ha propuesto el concepto de sinapsis tripartita , que hace referencia a la estrecha relación que se produce en las sinapsis entre un elemento presináptico, un elemento postsináptico y un elemento glial. [19]

Procesos terminales de los astrocitos que rodean un vaso sanguíneo
  • Estructurales : Intervienen en la estructuración física del cerebro. Los astrocitos reciben su nombre porque tienen forma de "estrella". Son las células gliales más abundantes en el cerebro y están estrechamente asociadas a las sinapsis neuronales. Regulan la transmisión de impulsos eléctricos dentro del cerebro.
  • Reserva de combustible de glucógeno : los astrocitos contienen glucógeno y son capaces de realizar gluconeogénesis . Los astrocitos que se encuentran junto a las neuronas en la corteza frontal y el hipocampo almacenan y liberan glucosa. Por lo tanto, los astrocitos pueden alimentar a las neuronas con glucosa durante períodos de alto consumo de glucosa y escasez de glucosa. Una investigación reciente en ratas sugiere que puede haber una conexión entre esta actividad y el ejercicio físico. [20]
  • Soporte metabólico : Aportan a las neuronas nutrientes como el lactato .
  • Detección de glucosa : normalmente asociada con las neuronas, la detección de los niveles de glucosa intersticial dentro del cerebro también está controlada por los astrocitos. Los astrocitos in vitro se activan con niveles bajos de glucosa y, in vivo, esta activación aumenta el vaciamiento gástrico para aumentar la digestión. [21]
  • Barrera hematoencefálica : Se pensaba que los procesos terminales de los astrocitos que rodean las células endoteliales ayudaban al mantenimiento de la barrera hematoencefálica , y las investigaciones recientes indican que desempeñan un papel importante, junto con las uniones estrechas y la lámina basal . [ cita requerida ] Sin embargo, recientemente se ha demostrado que la actividad de los astrocitos está vinculada al flujo sanguíneo en el cerebro, y que esto es lo que realmente se mide en la fMRI. [22] [23]
  • Captación y liberación de transmisores : los astrocitos expresan transportadores de membrana plasmática para varios neurotransmisores, incluidos glutamato , ATP y GABA . Más recientemente, se ha demostrado que los astrocitos liberan glutamato o ATP de manera vesicular, dependiente de Ca 2+ . [24] (Esto ha sido discutido para los astrocitos del hipocampo). [25]
  • Regulación de la concentración de iones en el espacio extracelular : los astrocitos expresan canales de potasio en una alta densidad. Cuando las neuronas están activas, liberan potasio , lo que aumenta la concentración extracelular local. Debido a que los astrocitos son altamente permeables al potasio, eliminan rápidamente el exceso de acumulación en el espacio extracelular. [26] Si se interfiere con esta función, la concentración extracelular de potasio aumentará, lo que provocará la despolarización neuronal según la ecuación de Goldman . Se sabe que la acumulación anormal de potasio extracelular da como resultado una actividad neuronal epiléptica. [27]
  • Modulación de la transmisión sináptica : En el núcleo supraóptico del hipotálamo , se ha demostrado que los cambios rápidos en la morfología de los astrocitos afectan la transmisión heterosináptica entre neuronas. [28] En el hipocampo , los astrocitos suprimen la transmisión sináptica liberando ATP, que es hidrolizado por ectonucleotidasas para producir adenosina . La adenosina actúa sobre los receptores de adenosina neuronales para inhibir la transmisión sináptica, aumentando así el rango dinámico disponible para LTP . [29]
  • Vasomodulación : Los astrocitos pueden servir como intermediarios en la regulación neuronal del flujo sanguíneo. [30]
  • Promoción de la actividad mielinizante de los oligodendrocitos : La actividad eléctrica en las neuronas hace que liberen ATP, que sirve como un estímulo importante para la formación de mielina. Sin embargo, el ATP no actúa directamente sobre los oligodendrocitos . En cambio, hace que los astrocitos secreten el factor inhibidor de la leucemia (LIF), una proteína reguladora que promueve la actividad mielinizante de los oligodendrocitos. Esto sugiere que los astrocitos tienen un papel de coordinación ejecutiva en el cerebro. [31]
  • Reparación del sistema nervioso : tras una lesión de las células nerviosas dentro del sistema nervioso central, los astrocitos llenan el espacio para formar una cicatriz glial y pueden contribuir a la reparación neuronal. Sin embargo, el papel de los astrocitos en la regeneración del SNC después de una lesión no se entiende bien. La cicatriz glial se ha descrito tradicionalmente como una barrera impermeable a la regeneración, lo que implica un papel negativo en la regeneración axonal. Sin embargo, recientemente, se descubrió a través de estudios de ablación genética que los astrocitos son realmente necesarios para que se produzca la regeneración. [32] Más importante aún, los autores descubrieron que la cicatriz de los astrocitos es realmente esencial para que los axones estimulados (esos axones que han sido inducidos a crecer a través de la suplementación neurotrófica) se extiendan a través de la médula espinal lesionada. [32] Los astrocitos que han sido empujados a un fenotipo reactivo (denominado astrogliosis , definido por la regulación positiva de, entre otros, la expresión de GFAP y vimentina [33] , una definición aún en debate) pueden en realidad ser tóxicos para las neuronas, liberando señales que pueden matarlas. [34] Sin embargo, aún queda mucho trabajo por hacer para dilucidar su papel en las lesiones del sistema nervioso.
  • Potenciación a largo plazo : los científicos debaten si los astrocitos integran el aprendizaje y la memoria en el hipocampo. Recientemente se ha demostrado que el injerto de células progenitoras gliales humanas en los cerebros nacientes de ratones hará que las células se diferencien en astrocitos. Después de la diferenciación, estas células aumentan la LTP y mejoran el rendimiento de la memoria en los ratones. [35]
  • Reloj circadiano : los astrocitos por sí solos son suficientes para impulsar las oscilaciones moleculares en el SCN y el comportamiento circadiano en ratones, y por lo tanto pueden iniciar y sostener de manera autónoma un comportamiento mamífero complejo. [36]
  • El interruptor del sistema nervioso : Basándose en la evidencia que se enumera a continuación, recientemente se ha conjeturado en [37] que la macroglia (y los astrocitos en particular) actúan tanto como un condensador de neurotransmisores con pérdida como un interruptor lógico del sistema nervioso. Es decir, la macroglia bloquea o permite la propagación del estímulo a lo largo del sistema nervioso, dependiendo del estado de su membrana y del nivel del estímulo.
Fig. 6 El supuesto papel de conmutación de la glía en el esquema de detección neuronal biológica sugerido por Nossenson et al. [37] [38]
Evidencia que apoya el papel de interruptor y condensador con pérdidas de la glía como se sugiere en [37] [38]
Tipo de evidenciaDescripciónReferencias
Evidencia de calcioLas ondas de calcio aparecen sólo si se supera una determinada concentración de neurotransmisor.[39] [40] [41]
Evidencia electrofisiológicaCuando el nivel de estímulo supera un determinado umbral, aparece una onda negativa. La forma de la respuesta electrofisiológica es diferente y tiene la polaridad opuesta a la respuesta neural característica, lo que sugiere que podrían estar implicadas otras células además de las neuronas.[42] [43]

[44] [45]

Evidencia psicofísicaLa respuesta electrofisiológica negativa se acompaña de acciones de todo o nada. Una respuesta electrofisiológica negativa moderada aparece en decisiones lógicas conscientes, como las tareas de percepción. Una onda negativa intensa y aguda aparece en las convulsiones epilépticas y durante los reflejos.[42] [45] [43] [44]
Pruebas de captación de glutamato basadas en radiactividadLas pruebas de captación de glutamato indican que los astrocitos procesan el glutamato a una velocidad que inicialmente es proporcional a la concentración de glutamato. Esto respalda el modelo del condensador con fugas, donde la "fuga" es el procesamiento del glutamato por la glutamina sintetasa de la glía. Además, las mismas pruebas indican un nivel de saturación después del cual el nivel de captación de neurotransmisores deja de aumentar proporcionalmente a la concentración de neurotransmisores. Esto último respalda la existencia de un umbral. Los gráficos que muestran estas características se denominan gráficos de Michaelis-Menten.[46]

Los astrocitos están unidos por uniones en hendidura , creando un sincitio acoplado eléctricamente (funcional) . [47] Debido a esta capacidad de los astrocitos de comunicarse con sus vecinos, los cambios en la actividad de un astrocito pueden tener repercusiones en las actividades de otros que están bastante distantes del astrocito original.

Un influjo de iones Ca 2+ en los astrocitos es el cambio esencial que finalmente genera ondas de calcio. Debido a que este influjo es causado directamente por un aumento en el flujo sanguíneo al cerebro, se dice que las ondas de calcio son un tipo de función de respuesta hemodinámica . Un aumento en la concentración intracelular de calcio puede propagarse hacia afuera a través de este sincitio funcional. Los mecanismos de propagación de ondas de calcio incluyen la difusión de iones de calcio e IP3 a través de uniones gap y señalización ATP extracelular . [48] Las elevaciones de calcio son el eje primario conocido de activación en los astrocitos, y son necesarias y suficientes para algunos tipos de liberación de glutamato astrocítico. [49] Dada la importancia de la señalización de calcio en los astrocitos, se han desarrollado mecanismos reguladores estrictos para la progresión de la señalización de calcio espacio-temporal. A través del análisis matemático se ha demostrado que el influjo localizado de iones Ca 2+ produce un aumento localizado en la concentración citosólica de iones Ca 2+ . [50] Además, la acumulación de Ca 2+ citosólico es independiente de cada flujo de calcio intracelular y depende del intercambio de Ca 2+ a través de la membrana, la difusión de calcio citosólico, la geometría de la célula, la perturbación del calcio extracelular y las concentraciones iniciales. [50]

Sinapsis tripartita

Dentro del asta dorsal de la médula espinal , los astrocitos activados tienen la capacidad de responder a casi todos los neurotransmisores [51] y, tras la activación, liberan una multitud de moléculas neuroactivas como glutamato , ATP , óxido nítrico (NO) y prostaglandinas (PG), que a su vez influyen en la excitabilidad neuronal. La estrecha asociación entre los astrocitos y las terminales presinápticas y postsinápticas , así como su capacidad para integrar la actividad sináptica y liberar neuromoduladores, se ha denominado sinapsis tripartita . [19] La modulación sináptica por los astrocitos se produce debido a esta asociación de tres partes.

Un estudio de 2024 sugirió que los astrocitos, células cerebrales previamente poco exploradas, podrían ser clave para prolongar la vigilia sin efectos negativos sobre la cognición y la salud. [52]

Importancia clínica

Astrocitomas

Los astrocitomas son tumores intracraneales primarios que se desarrollan a partir de astrocitos. También es posible que los progenitores gliales o las células madre neurales puedan dar lugar a astrocitomas. Estos tumores pueden aparecer en muchas partes del cerebro o la médula espinal. Los astrocitomas se dividen en dos categorías: de bajo grado (I y II) y de alto grado (III y IV). Los tumores de bajo grado son más comunes en niños y los de alto grado son más comunes en adultos. Los astrocitomas malignos son más frecuentes entre los hombres, lo que contribuye a una peor supervivencia. [53]

Los astrocitomas pilocíticos son tumores de grado I. Se consideran tumores benignos y de crecimiento lento. Los astrocitomas pilocíticos suelen tener porciones quísticas llenas de líquido y un nódulo, que es la porción sólida. La mayoría se localizan en el cerebelo. Por lo tanto, la mayoría de los síntomas están relacionados con dificultades de equilibrio o coordinación. [53] También se presentan con mayor frecuencia en niños y adolescentes. [54]

Los astrocitomas fibrilares son tumores de grado II. Crecen con relativa lentitud, por lo que suelen considerarse benignos, pero se infiltran en el tejido sano circundante y pueden volverse malignos . Los astrocitomas fibrilares suelen presentarse en personas más jóvenes, que suelen presentar convulsiones. [54]

Los astrocitomas anaplásicos son tumores malignos de grado III. Crecen más rápidamente que los tumores de grado inferior. Los astrocitomas anaplásicos recurren con más frecuencia que los tumores de grado inferior porque su tendencia a propagarse al tejido circundante hace que sea difícil extirparlos por completo mediante cirugía. [53]

El glioblastoma es un cáncer de grado IV que puede originarse a partir de astrocitos o de un astrocitoma existente. Aproximadamente el 50 % de todos los tumores cerebrales son glioblastomas. Los glioblastomas pueden contener múltiples tipos de células gliales, incluidos astrocitos y oligodendrocitos . Los glioblastomas generalmente se consideran el tipo más invasivo de tumor glial, ya que crecen rápidamente y se propagan al tejido cercano. El tratamiento puede ser complicado, porque un tipo de célula tumoral puede morir en respuesta a un tratamiento particular mientras que los otros tipos de células pueden continuar multiplicándose. [53]

Trastornos del desarrollo neurológico

Los astrocitos han surgido como participantes importantes en varios trastornos del desarrollo neurológico . Esta perspectiva sostiene que la disfunción de los astrocitos puede dar lugar a un circuito neuronal inadecuado, que subyace a ciertos trastornos psiquiátricos, como los trastornos del espectro autista y la esquizofrenia . [55] [5]

Dolor crónico

En condiciones normales, la conducción del dolor comienza con una señal nociva seguida de un potencial de acción transmitido por neuronas aferentes nociceptivas (que detectan el dolor), que provocan potenciales postsinápticos excitatorios (PSPE) en el asta dorsal de la médula espinal. Ese mensaje se transmite luego a la corteza cerebral , donde traducimos esos PSPE en "dolor". Desde el descubrimiento de la señalización astrocito-neurona, nuestra comprensión de la conducción del dolor se ha complicado drásticamente. El procesamiento del dolor ya no se considera una transmisión repetitiva de señales del cuerpo al cerebro, sino un sistema complejo que puede ser regulado al alza o a la baja por una serie de factores diferentes. Un factor que está a la vanguardia de la investigación reciente es la sinapsis potenciadora del dolor ubicada en el asta dorsal de la médula espinal y el papel de los astrocitos en la encapsulación de estas sinapsis. Garrison y colaboradores [56] fueron los primeros en sugerir una asociación cuando encontraron una correlación entre la hipertrofia de los astrocitos en el asta dorsal de la médula espinal y la hipersensibilidad al dolor después de una lesión del nervio periférico, típicamente considerada un indicador de activación glial después de una lesión. Los astrocitos detectan la actividad neuronal y pueden liberar transmisores químicos, que a su vez controlan la actividad sináptica. [51] [57] [58] En el pasado, se pensaba que la hiperalgesia estaba modulada por la liberación de sustancia P y aminoácidos excitatorios (EAA), como el glutamato , de las terminales nerviosas aferentes presinápticas en el asta dorsal de la médula espinal. Sigue la activación posterior de los subtipos AMPA (ácido α-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazol propiónico), NMDA (N-metil-D-aspartato) y kainato de los receptores ionotrópicos de glutamato . Es la activación de estos receptores lo que potencia la señal de dolor a lo largo de la médula espinal. Esta idea, aunque cierta, es una simplificación excesiva de la transducción del dolor. Una letanía de otros neurotransmisores y neuromoduladores, como el péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP), el trifosfato de adenosina (ATP), el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), la somatostatina , el péptido intestinal vasoactivo (VIP), la galanina y la vasopresina , se sintetizan y liberan en respuesta a estímulos nocivos . Además de cada uno de estos factores reguladores, varias otras interacciones entre las neuronas transmisoras del dolor y otras neuronas en el asta dorsal tienen un impacto adicional en las vías del dolor.

Dos estados de dolor persistente

Después de un daño persistente en el tejido periférico, se produce una liberación de varios factores del tejido lesionado, así como del asta dorsal de la médula espinal. Estos factores aumentan la capacidad de respuesta de las neuronas de proyección del dolor del asta dorsal a los estímulos resultantes, denominada "sensibilización espinal", amplificando así el impulso del dolor al cerebro. La liberación de glutamato, sustancia P y péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP) media la activación de NMDAR (originalmente inactiva porque está bloqueada por Mg2+), lo que ayuda a la despolarización de las neuronas postsinápticas transmisoras del dolor (PTN). Además, la activación de la señalización de IP3 y de las MAPK (proteínas quinasas activadas por mitógeno) como ERK y JNK , provocan un aumento en la síntesis de factores inflamatorios que alteran la función del transportador de glutamato. ERK también activa AMPAR y NMDAR en las neuronas. La nocicepción se sensibiliza aún más por la asociación del ATP y la sustancia P con sus respectivos receptores (P 2 X 3 ) y el receptor de neuroquinina 1 (NK1R), así como por la activación de los receptores metabotrópicos de glutamato y la liberación de BDNF. La presencia persistente de glutamato en la sinapsis finalmente da como resultado la desregulación de GLT1 y GLAST , transportadores cruciales de glutamato hacia los astrocitos. La excitación continua también puede inducir la activación de ERK y JNK, lo que resulta en la liberación de varios factores inflamatorios.

A medida que se mantiene el dolor nocivo, la sensibilización espinal crea cambios transcripcionales en las neuronas del asta dorsal que conducen a una función alterada durante períodos prolongados. La movilización de Ca 2+ de los depósitos internos resulta de la actividad sináptica persistente y conduce a la liberación de glutamato, ATP, factor de necrosis tumoral-α (TNF-α), interleucina 1β ( IL-1β ), IL-6, óxido nítrico (NO) y prostaglandina E2 (PGE2). Los astrocitos activados también son una fuente de metaloproteinasa de matriz 2 ( MMP2 ), que induce la escisión de pro-IL-1β y sostiene la activación de los astrocitos. En esta vía de señalización crónica, p38 se activa como resultado de la señalización de IL-1β , y hay una presencia de quimiocinas que desencadenan la activación de sus receptores. En respuesta al daño nervioso, se liberan proteínas de choque térmico (HSP) y pueden unirse a sus respectivos TLR , lo que conduce a una mayor activación.

Otras patologías

Otras patologías clínicamente significativas que involucran astrocitos incluyen astrogliosis y astrocitopatía . Ejemplos de estos incluyen esclerosis múltiple , neuromielitis óptica anti-AQP4+ , encefalitis de Rasmussen , enfermedad de Alexander y esclerosis lateral amiotrófica . [59] Los estudios han demostrado que los astrocitos pueden estar implicados en enfermedades neurodegenerativas , como la enfermedad de Alzheimer , [60] [61] enfermedad de Parkinson , [62] enfermedad de Huntington , tartamudez [63] y esclerosis lateral amiotrófica , [64] y en lesiones cerebrales agudas, como hemorragia intracerebral [65] y lesión cerebral traumática. [66]

Astrocitos Gomori-positivos y disfunción cerebral

En los últimos cincuenta años se ha descrito un tipo de astrocito con una patología relacionada con el envejecimiento. Los astrocitos de este subtipo poseen gránulos citoplasmáticos prominentes que se tiñen intensamente con la tinción de Gomori con hematoxilina y cromo-alumbre, por lo que se denominan astrocitos Gomori-positivos (GP). Se pueden encontrar en todo el cerebro, pero son, con diferencia, los más abundantes en los bulbos olfatorios, la habénula medial, el giro dentado del hipocampo, el núcleo arqueado del hipotálamo y en el bulbo raquídeo dorsal, justo debajo del área postrema. [67]

Los gránulos citoplasmáticos positivos para Gomori se derivan de mitocondrias dañadas envueltas dentro de lisosomas. [68] Los gránulos citoplasmáticos contienen restos no digeridos de estructuras mitocondriales. Estos contenidos incluyen átomos de cobre y hierro unidos al hemo que quedan de las enzimas mitocondriales. [69] Estas sustancias químicas son responsables de la actividad pseudoperoxidasa de los gránulos positivos para Gomori que se pueden utilizar para teñir estos gránulos. Se cree que el estrés oxidativo es la causa del daño a estos astrocitos. [70] Sin embargo, la naturaleza exacta de este estrés es incierta.

Las regiones cerebrales ricas en astrocitos Gomori-positivos también contienen una subpoblación de astrocitos especializados que sintetizan la proteína de unión a ácidos grasos 7 (FABP7). De hecho, también se ha demostrado que los astrocitos del hipotálamo que sintetizan FABP7 poseen gránulos Gomori-positivos. [71] Por lo tanto, es evidente una conexión entre estas dos características gliales. Datos recientes han demostrado que los astrocitos, pero no las neuronas, poseen las enzimas mitocondriales necesarias para metabolizar los ácidos grasos, y que el estrés oxidativo resultante puede dañar las mitocondrias. [72] Por lo tanto, es probable que una mayor captación y oxidación de ácidos grasos en la glía que contiene FABP7 cause estrés oxidativo y daño a las mitocondrias en estas células. Además, recientemente se ha demostrado que las proteínas FABP interactúan con una proteína llamada sinucleína para causar daño mitocondrial. [73]

Posibles funciones en la fisiopatología

Los astrocitos pueden transferir mitocondrias a neuronas adyacentes para mejorar la función neuronal. [74] Por lo tanto, es plausible que el daño a las mitocondrias de los astrocitos observado en los astrocitos GP pueda afectar la actividad de las neuronas.

Varias funciones hipotalámicas muestran una disminución en el envejecimiento que puede estar relacionada con los astrocitos GP. Por ejemplo, los astrocitos GP están en estrecho contacto con neuronas que producen un neurotransmisor llamado dopamina tanto en el hipotálamo de la rata como en el humano. [75] La dopamina producida por estas neuronas se transporta a la glándula pituitaria cercana para inhibir la liberación de una hormona llamada prolactina de la pituitaria. La actividad de las neuronas dopaminérgicas disminuye durante el envejecimiento, lo que conduce a elevaciones en los niveles sanguíneos de prolactina que pueden provocar cáncer de mama. [76] Un cambio asociado con el envejecimiento en la función de los astrocitos podría contribuir a este cambio en la actividad dopaminérgica.

Los astrocitos FABP7+ están en estrecho contacto con las neuronas del núcleo arqueado del hipotálamo que responden a una hormona llamada leptina que producen las células grasas. Las neuronas sensibles a la leptina regulan el apetito y el peso corporal. Los astrocitos FABP7+ regulan la respuesta de estas neuronas a la leptina. El daño mitocondrial en estos astrocitos podría alterar la función de las neuronas sensibles a la leptina y podría contribuir a una desregulación de la alimentación y el peso corporal asociada al envejecimiento. [77]

Los astrocitos GP también pueden estar involucrados en la regulación hipotalámica del metabolismo general de la glucosa. Datos recientes muestran que los astrocitos funcionan como sensores de glucosa y ejercen una influencia dominante sobre la reactividad neuronal a los cambios en la glucosa extracelular. [78] Los astrocitos GP poseen proteínas transportadoras de glucosa de tipo GLUT2 de alta capacidad y parecen modular las respuestas neuronales a la glucosa. [79] Las células hipotalámicas controlan los niveles de glucosa en sangre y ejercen una influencia sobre los niveles de glucosa en sangre a través de una entrada alterada a los circuitos autónomos que inervan las células del hígado y los músculos.

La importancia de los astrocitos en las alteraciones del metabolismo de la glucosa relacionadas con el envejecimiento ha sido ilustrada recientemente por estudios realizados en animales diabéticos. Se ha demostrado que una única infusión de una proteína llamada factor de crecimiento de fibroblastos-1 en el hipotálamo normaliza permanentemente los niveles de glucosa en sangre en roedores diabéticos. Esta notable cura de la diabetes mellitus está mediada por los astrocitos. Los genes más destacados activados por el tratamiento con FGF-1 incluyen los genes responsables de la síntesis de FABP6 y FABP7 por los astrocitos. [80] Estos datos confirman la importancia de los astrocitos FABP7+ para el control de la glucosa en sangre. La disfunción de los astrocitos FABP7+/Gomori-positivos puede contribuir al desarrollo de la diabetes mellitus relacionada con el envejecimiento.

Los astrocitos GP también están presentes en el giro dentado del hipocampo tanto en los cerebros de roedores como en los humanos. [81] El hipocampo sufre cambios degenerativos graves durante el envejecimiento en la enfermedad de Alzheimer. Las razones de estos cambios degenerativos están siendo objeto de un acalorado debate en la actualidad. Un estudio reciente ha demostrado que los niveles de proteínas gliales, y NO de proteínas neuronales, son los más anormales en la enfermedad de Alzheimer. La proteína glial más gravemente afectada es FABP5. [82] Otro estudio mostró que el 100% de los astrocitos del hipocampo que contienen FABP7 también contienen FABP5. [83] Estos datos sugieren que los astrocitos FABP7+/Gomori-positivos pueden desempeñar un papel en la enfermedad de Alzheimer. Una función glial alterada en esta región podría comprometer la función de las neuronas del giro dentado y también la función de los axones que terminan en el giro dentado. Muchos de estos axones se originan en la corteza entorinal lateral, que es la primera región cerebral que muestra degeneración en la enfermedad de Alzheimer. La patología de los astrocitos en el hipocampo podría contribuir a la patología de la enfermedad de Alzheimer.

Investigación

Un equipo de científicos de la Universidad de Rochester y la Facultad de Medicina de la Universidad de Colorado realizó un estudio en noviembre de 2010 y lo publicó en marzo de 2011. Hicieron un experimento para intentar reparar un traumatismo en el sistema nervioso central de una rata adulta reemplazando las células gliales. Cuando se inyectaron las células gliales en la lesión de la médula espinal de la rata adulta, se generaron astrocitos exponiendo las células precursoras gliales humanas a la proteína morfogenética ósea (la proteína morfogenética ósea es importante porque se considera que crea la arquitectura tisular en todo el cuerpo). Entonces, con la proteína ósea y las células gliales humanas combinadas, promovieron una recuperación significativa de la colocación consciente del pie, el crecimiento axonal y aumentos obvios en la supervivencia neuronal en las láminas de la médula espinal . Por otro lado, las células precursoras gliales humanas y los astrocitos generados a partir de estas células al estar en contacto con factores neurotróficos ciliares , no lograron promover la supervivencia neuronal y el apoyo del crecimiento axonal en el lugar de la lesión. [84]

Un estudio realizado en Shanghái contó con dos tipos de cultivos neuronales del hipocampo : en un cultivo, la neurona se cultivó a partir de una capa de astrocitos y en el otro cultivo no se puso en contacto con ningún astrocito, sino que se alimentó con un medio acondicionado glial (GCM), que inhibe el crecimiento rápido de los astrocitos cultivados en los cerebros de ratas en la mayoría de los casos. En sus resultados pudieron ver que los astrocitos tenían un papel directo en la potenciación a largo plazo con el cultivo mixto (que es el cultivo que se cultivó a partir de una capa de astrocitos), pero no en los cultivos GCM. [85]

Los estudios han demostrado que los astrocitos desempeñan una función importante en la regulación de las células madre neuronales . La investigación del Instituto de Investigación Ocular Schepens de Harvard muestra que el cerebro humano abunda en células madre neuronales, que se mantienen en un estado latente mediante señales químicas (efrina-A2 y efrina-A3) de los astrocitos. Los astrocitos pueden activar las células madre para transformarlas en neuronas funcionales al reducir la liberación de efrina-A2 y efrina-A3 . [86]

En un estudio publicado en el número de 2011 de Nature Biotechnology [87] un grupo de investigadores de la Universidad de Wisconsin informa que ha sido capaz de dirigir células madre humanas embrionarias e inducidas para convertirse en astrocitos.

Un estudio de 2012 [88] sobre los efectos de la marihuana en la memoria a corto plazo descubrió que el THC activa los receptores CB1 de los astrocitos, lo que hace que los receptores de AMPA se eliminen de las membranas de las neuronas asociadas.

Un estudio de 2023 [89] mostró que los astrocitos también desempeñan un papel activo en la enfermedad de Alzheimer . Más específicamente, cuando los astrocitos se vuelven reactivos, desencadenan los efectos patológicos de la beta amiloide en la fosforilación y deposición de tau, lo que muy probablemente conducirá al deterioro cognitivo. También en 2023, se anunció el descubrimiento de astrocitos especializados que median la gliotransmisión glutamatérgica en el sistema nervioso central . [90]

Clasificación

Hay varias formas diferentes de clasificar los astrocitos.

Linaje y fenotipo antigénico

Estos fueron establecidos por el trabajo clásico de Raff et al. a principios de la década de 1980 sobre los nervios ópticos de ratas.

  • Tipo 1: Antigénicamente Ran2 + , GFAP + , FGFR3 + , A2B5− , por lo que se asemeja al "astrocito tipo 1" del nervio óptico de rata del día 7 posnatal. Pueden surgir de las células precursoras restringidas gliales tripotencial (GRP), pero no de las células bipotenciales O2A/OPC (oligodendrocito, precursor de astrocito tipo 2, también llamado célula progenitora de oligodendrocito ).
  • Tipo 2: Antigénicamente A2B5 + , GFAP + , FGFR3 − , Ran 2 − . Estas células pueden desarrollarse in vitro a partir del GRP tripotencial (probablemente a través de la etapa O2A) o de células O2A bipotenciales (que algunas personas{{ [91] }} piensan que a su vez pueden haberse derivado del GRP) o in vivo cuando estas células progenitoras se trasplantan en sitios de lesión (pero probablemente no en el desarrollo normal, al menos no en el nervio óptico de la rata ). Los astrocitos de tipo 2 son el principal componente astrocítico en cultivos de nervio óptico posnatal que son generados por células O2A cultivadas en presencia de suero bovino fetal, pero no se cree que existan in vivo . [92]

Clasificación anatómica

  • Protoplásmico: se encuentra en la materia gris y tiene muchos procesos ramificados cuyos extremos envuelven las sinapsis . Algunos astrocitos protoplásmicos son generados por células progenitoras multipotentes de la zona subventricular . [93] [94]
  • Astrocitos Gömöri-positivos. Se trata de un subconjunto de astrocitos protoplásmicos que contienen numerosas inclusiones citoplasmáticas, o gránulos, que se tiñen positivamente con la tinción de hematoxilina cromo-alumbre de Gömöri . Ahora se sabe que estos gránulos se forman a partir de los restos de mitocondrias degeneradas engullidas dentro de los lisosomas, [95] Algún tipo de estrés oxidativo parece ser responsable del daño mitocondrial dentro de estos astrocitos especializados. Los astrocitos Gömöri-positivos son mucho más abundantes dentro del núcleo arqueado del hipotálamo y en el hipocampo que en otras regiones del cerebro. Pueden tener un papel en la regulación de la respuesta del hipotálamo a la glucosa. [96] [97]
  • Fibrosas: se encuentran en la materia blanca y tienen procesos largos, delgados y no ramificados cuyos extremos envuelven los nódulos de Ranvier . Algunos astrocitos fibrosos son generados por la glía radial . [98] [99] [100] [101] [102]

Clasificación de transportadores/receptores

  • Tipo GluT: expresan transportadores de glutamato ( EAAT1 / SLC1A3 y EAAT2 / SLC1A2 ) y responden a la liberación sináptica de glutamato por corrientes transportadoras. La función y disponibilidad de EAAT2 está modulada por TAAR1 , un receptor intracelular en los astrocitos humanos. [103]
  • Tipo GluR: expresan receptores de glutamato (principalmente mGluR y tipo AMPA ) y responden a la liberación sináptica de glutamato mediante corrientes mediadas por canales y transitorios de Ca 2+ dependientes de IP3 .

Véase también

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