Det glymfatiska städningssystemet kopplar sömnbrist till neurodegenerativa sjukdomar
Varför är sömnen så essentiell att vi spenderar en tredjedel av vår tid på att sova? Varför är sömnbesvär en riskfaktor för demenssjukdomar som Alzheimers och Parkinsons sjukdom? En av orsakerna till detta finns i något så trivialt som ryggmärgsvätskan och dess rörelser. Iben Lundgaard, docent vid Lunds universitet, berättar mer om det glymfatiska systemet i denna artikel.
UPPTÄCKTEN
Vi börjar år 2012, där man i danska Maiken Nedergaards laboratorium i Rochester, i norra hörnet av staten New York, använde 2-foton mikroskopi i mushjärnor för att avbilda ryggmärgsvätskans rörelser. Denna metod som använder laserbaserat mikroskopi av hjärnan utvecklades redan under 1990-talet men forskare hade mest intresserat sig för att studera neuroner och de mycket snabbt responderande mikroglia, hjärnans immunceller, med denna metod. I Maikens labb injicerade man ett fluorescerande spårämne i ett av ryggmärgsvätskans rum, cisterna magna, som finns strax under hjärnhinnan bakom lilla hjärnan. Efter injektionen riktade de 2-foton-mikroskoplinsen mot hjärnbarken. Inom minuter observerade de att spårämnen från ryggmärgsvätskan framträdde och flödade in i hjärnan kring kärlen. Ryggmärgsvätskan följde artären från hjärnytan in i hjärnan. Detta enkla försök var grunden till kunskapen om det glymfatiska systemet. Plötsligt hade man upptäckt att ryggmärgsvätskan alltså inte stannar kvar i hjärnans ventriklar eller subaraknoidalrummet utan genomströmmar hela hjärnan, som en flod. Och i likhet med hur en flod transporterar bort löst material och skräp, rensar det glymfatiska systemet hjärnvävnaden från lösta ämnen.
I samma artikel upptäckte man även att det glymfatiska systemet är beroende av vattenkanalen aquaporin 4. Aquaporin 4, som i hjärnan bara uttrycks i gliaceller av typen astrocyter, är koncentrerat i ”fotprocesserna” som finns kring kärl. Därför fick systemet namnet det glymfatiska (glia-lymfatiska) systemet. När aquaporin 4 elimineras i möss fungerar det glymfatiska systemet mycket sämre. Av den anledning kunde en ny roll hos astrocyters funktion beskrivas, vilken är mer specifik än generell homeostas och ”förmedlingen” av ny likvor till hjärnan förklarar varför en vattenkanal finns i hög koncentration kring kärl som i hjärnan är väldigt tajta.
RELATION TILL DEMENSSJUKDOMAR
När det glymfatiska systemet slogs ut via genetisk manipulation i möss såg man även att avlägsnandet av beta-amyloidpeptid försämrades i hjärnan. Alzheimermöss med dålig glymfatisk funktion bildade fler plack och hade försämrat minne jämfört med alzheimermöss med normal glymfatisk funktion. Här har man då ett system som kan förhindra viktiga aspekter av alzheimerpatologi såsom mängd av betaamyloid samt plack. Post mortem-analys av människohjärnor visade att aquaporin 4-vattenkanalerna var lokaliserade kring kärl, men var så i lägre grad i alzheimerpatienter jämfört med icke-dementa personer av samma ålder. Dessa upptäckter tillsammans vittnar om ett system som är beroende av glia-celler och som tar bort beta-amyloid. Med det glymfatiska systemet har man då ett verktyg som man kan försöka använda för att förhindra sjukdomar där proteiner ackumulerar och klumpar ihop, såsom Alzheimers sjukdom. Senare fick man även evidens för att det glymfatiska systemet är relevant för att förhindra Parkinsons sjukdom.
KOPPLINGAR TILL SÖMNFORSKNING
I de första försöken där det glymfatiska systemet studerades var mössen sövda. Det ledde till ytterligare frågor: Finns detta system bara i ett artificiellt tillstånd under påverkan av narkosmedel? För att det glymfatiska systemet ska kunna ha betydelse på riktigt var det viktigt att systemet också förekom i ett mer fysiologiskt relevant tillstånd. Forskarna upprepade försöken med möss i vaket tillstånd. De såg då nästan ingen aktivitet av systemet. De upprepade då försöken i möss som fick sova på mikroskopen. I naturligt sovande möss såg man att systemet var lika aktivt som i sövda möss. Detta blev publicerat i tidningen Science i 2013 och väckte ännu mer intresse än den första artikeln, inklusive många artiklar i vanliga tidningar. Det glymfatiska systemet var nu etablerat som ett nytt forskningsområde, och har även inspirerat till ytterligare forskning kring kopplingar mellan sömn och demenssjukdomar. Vad händer då under sömn? Man vet nu att cellerna krymper under sömn och ger mer plats så att likvor kan ta sig från det perivaskulära utrymmet helt in i hjärnan och få access till lösta ämnen i de interstitiella rummen. Särskilt djupsömn samt liknande hjärnaktivitet, med långsamma delta- vågor, i sövda möss är gynnsamma för det glymfatiska systemet, även om det inte är känd varför. Dygnsrytmen medverkar också till det glymfatiska rengöringssystemet. Det finns flera aquaporin 4-vattenkanaler i astrocyternas fotprocesser kring kärlen under sömn-fasen av dygnet. En 30 år gammal dansk-svensk studie, som visade en flertalet gånger högre likvorproduktion på natten jämfört med på dagen, fick nu ny relevans – man kan säga att även ”rengöringsmedlet” i form av ny likvor är mer tillgängligt i sömnfasen. Det finns därmed olika processer som samverkar och leder till en bättre städning av hjärnan medan vi sover och på natten.
