Damage and Repair in Experimental Cortical Demyelination

Abstract

Remyelinisierung ist ein wichtiger Selbstheilungsprozess bei demyelinisierenden Erkrankungen, wie der Multiplen Sklerose (MS). Trotz des enormen intrinsischen Regenerationspotentials des zerebralen Kortex, sind kortikale MS-Läsionen, besonders im fortgeschrittenen Krankheitsstadium, durch unzureichende Remyelinisierung gekennzeichnet. Als eine mögliche Ursache für den Verlust der Remyelinisierungsfähigkeit werden wiederholt auftretende entmarkende Episoden vermutet.Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin zu klären, ob repetitive Entmarkungsvorgänge zum Verlust der Remyelinisierungsfähigkeit führen. Dazu wurden unter Verwendung eines Rattenmodells, der fokalen, experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE), wiederholt und gezielt MS-ähnliche Läsionen im Kortex induziert. Nach subkutaner Immunisierung mit dem rekombinanten Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein (rMOG) wurde in einem zweiten Schritt die proinflammatorischen Zytokine Tumornekrosefaktor-α und Interferon-γ stereotaktisch in den Kortex injiziert, wodurch lokale entzündliche Entmarkungsprozesse induziert wurden. Um die schubförmig remittierende Verlaufsform der MS zu simulieren, wurden die intrazerebralen Zytokin-Injektionen in zeitlichen Intervallen von drei Wochen bis zu viermal wiederholt.Histologische Untersuchungen drei Tage nach der Zytokin-Injektion zeigten ausgeprägte subpiale und intrazerebrale Läsionen in den betroffenen kortikalen Hemisphären auf. Zusätzlich zur Demyelinisierung wiesen die Läsionen eine deutliche Reduktion der adulten Oligondendrozytenzahlen sowie Makrophagen/Microgliaaktivierung auf. Drei Wochen nach der Läsionierung konnte eine deutliche Erholung festgestellt werden, die sich durch Remyelinisierung, Normalisierung der adulten Oligodendrozyten-Population sowie eine Rückbildung der Entzündung äußerte. Auch nach vier entmarkenden Episoden in der selben Region blieben De- und Remyelinisierung in Bezug auf die topographische Ausdehnung unverändert. Durch die genaue Analyse des Verhältnises von myelinisierten Fasern zu Axonen konnte jedoch gezeigt werden, dass der Anteil von myelinisierten Fasern nach Remyelinisierung geringer ist als bei gesunden Kontrollen. Die Entzündungsreaktion, gemessen an der Dichte von aktivierten Makrophagen/Mikroglia, wies, verglichen mit der ersten Entzündungsreaktion einen deutlich schwächeren Verlauf auf. Im Gegensatz zu NogoA-positiven Oligodendrozyten blieb die Anzahl von Olig2-positiven Oligodendrozyten-Vorläuferzellen stabil und erhöhte sich sogar zu bestimmten Zeitpunkten. Während des Entmarkungsprozesses fand eine Proliferation von NogoA- und Olig2-positiven Zellpopulationen statt. Bei der anschließenden Remyelinisierung konnten, im Gegensatz zur deutlich erhöhten Dichte von proliferierten Olig2-positiven Oligodendrozyten-Vorläuferzellen, jedoch nur wenige durch Proliferation entstandene NogoA-positive Zellen im Gewebe festgestellt werden.Die vorliegende Arbeit beschreibt die beachtliche endogene Regenerationsfähigkeit des Rattenkortex nach repetitiver Demyelinisierung. Durch den hier beschriebenen experimentellen Ansatz konnten selbst nach vier entmarkenden Episoden keine Beeinträchtigung der Remyelinisierungskapazität festgestellt werden. Unsere Ergebnisse deuten außerdem darauf hin, dass die Rekrutierung von Oligondendrozyten im zerebralen Kortex hauptsächlich durch Differenzierung von bereits lokal persistierenden Vorläuferzellen geleistet wird und nicht durch Proliferation. Die Ergebnisse dieser Studie können zu einem besseren Verständnis von Remyelinisierungsprozessen bei Multipler Sklerose beitragen.