Gli astrociti
fra ossitocina e amigdala per generare stati affettivi
DIANE
RICHMOND
NOTE E NOTIZIE - Anno XVIII – 20 febbraio
2021.
Testi
pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di
Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie
o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione
“note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati
fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui
argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione
Scientifica della Società.
[Tipologia del testo: RECENSIONE]
Il nostro frequente occuparci di astrociti
è segno di questo tempo in cui la ricerca cellulare e molecolare nelle
neuroscienze sta concentrando l’impegno di numerosi progetti per scalare la
montagna della fisiologia gliale del sistema nervoso centrale. Da argomento
marginale a materia fra le più attraenti, questa branca della sperimentazione è
ora entrata nella fase più complessa e difficile del lavoro: dopo la
dimostrazione della partecipazione a funzioni eminentemente neuroniche e la
scoperta di attività esclusivamente gliali, l’attualità è focalizzata nella
definizione dei meccanismi molecolari, i modi cellulari e i processi di sistema
che consentono ad una linea cellulare, come quella astrocitaria, di dare forma
a macrofunzioni del sistema nervoso centrale, quali quelle che caratterizzano
la fisiologia psichica.
I canali ionici e i trasportatori di
membrana associati agli ioni consentono agli astrociti di rilevare e modulare l’attività
neuronica, agendo come diretti partner di comunicazione delle cellule nervose. Se
i canali del K+ sono molto importanti nei cambiamenti dei potenziali
di membrana, i trasportatori sono associati ai gradienti del Na+
attraverso la membrana; i gradienti di sodio e potassio sono grandi e opposti,
ma il gradiente elettrochimico del K+ si mantiene piccolo, conservando
un potenziale di membrana vicino al potenziale di equilibrio del potassio. Gli
enormi gradienti di Ca2+ tra il citosol, da una parte, e lo spazio
extracellulare e gli organuli accumulanti calcio, dall’altra, sono usati per la
segnalazione, inclusa la modulazione di alcuni canali del K+.
Le funzioni legate alla gliotrasmissione
includono, oltre all’attivo rilascio dei gliotrasmettitori, un ruolo noto da
più tempo negli astrociti, ossia la ricezione della segnalazione neuronica grazie
alle numerose classi di recettori di membrana. Fra questi si conoscono i recettori
ionotropici e metabotropici del glutammato, i GABA-A, i GABA-B, i recettori per
la glicina, l’acetilcolina, le catecolamine, la serotonina, la dopamina, il VIP,
l’angiotensina, la somatostatina, i peptidi natriuretici, la tachichinina, la
bradichinina, gli oppioidi, il TRH, l’istamina, l’endotelina, la vasopressina e
l’ossitocina.
Proprio dei recettori astrocitari
per l’ossitocina, dei quali i neuroni possono causare l’aumento di espressione,
ci occupiamo qui, specificamente.
Jerome Wahis
e colleghi hanno dimostrato che una sub-popolazione di astrociti nell’amigdala
centrale (CeA) esprime i recettori dell’ossitocina che, attivati dal legame col
peptide, mediano gli effetti ansiolitico e di rinforzo positivo, equivalenti
nei roditori di stati affettivi espansivi umani.
(Whais
J., et al. Astrocytes mediate the effect of oxytocin in the central
amygdala on neural activity and affective states in rodents. Nature Neuroscience – Epub ahead of
print doi: 10.1038/s41593-021-00800-0, 2021).
La provenienza degli autori è la
seguente: Center National de la Recherche Scientifique, University of Strasbourg,
Institute of cellular and Integrative Neurosciences, Strasbourg (Francia);
German Cancer Research Center, Heidelberg (Germania); Center for Psychiatric Neurosciences,
Lausanne University Hospital, Lausanne (Svizzera); OpenLab of Neurobiology,
Kazan Federal University, Kazan (Russia); Department of Molecular and Cellular
Biology, Center for Brain Science, Harvard University, Cambridge, MA (USA);
Division of Anatomy, Faculty of Medicine, University of Geneva, Geneva (Svizzera);
Department of Fundamental Neurosciences, University of Lausanne, Lausanne (Svizzera);
Section on Neural Gene Expression, National Institute of Mental Health, NIH,
Bethesda, MD (USA); University of Strasbourg Institute for Advanced Study (USIAS),
Strasbourg (Francia).
Prima di esporre in sintesi i contenuti dello studio qui recensito, si
riportano alcune nozioni introduttive sulle cellule dell’astroglia.
“Gli astrociti costituiscono le cellule prototipiche della macroglia
del nostro encefalo, presenti nel sistema nervoso centrale di tutti i mammiferi
e, pur con qualche differenza, in quello dei vertebrati inferiori. Gli astrociti
protoplasmatici si riconoscono nella materia grigia per la loro morfologia
caratterizzata da numerosi processi distribuiti intorno al soma cellulare ed
estesi in forma più o meno radiale, in genere occupando un volume sferoidale, ed
emanando lateralmente un gran numero di sottili e complesse diramazioni
lamellari. La superficie (s) occupata da queste propaggini cellulari è
straordinaria e, in proporzione, molto maggiore di quella occupata dal volume (v),
con un rapporto s/v = 10-20 μm-1. Così, sebbene la
frazione volumetrica occupata dall’astroglia nella corteccia cerebrale dei
mammiferi non superi il 10-20%, i processi degli astrociti, con le branche
laterali, entrano in contatto con la maggior parte della superficie dei neuroni
corticali. Le cellule astrogliali dell’uomo conservano queste caratteristiche,
essendo solo molto più grandi e complesse. In tutte le specie, almeno uno dei
processi possiede dei “piedi terminali vascolari”, così che la superficie dei
vasi del sistema nervoso centrale è virtualmente del tutto rivestita da placche
dell’astroglia.
La densità delle cellule astrocitiche nella corteccia cerebrale del ratto –
modello a basso grado di complessità del pallio di tutti i mammiferi – è considerevole,
andando da 12.000 a oltre 30.000 mm-3. L’indice glia/neuroni della
corteccia cerebrale, in gran parte determinato dai processi astrogliali, cresce
al crescere dello spessore del tessuto.
Gli astrociti fibrosi sono presenti e importanti nei tratti di
sostanza bianca encefalica, nel nervo ottico e negli strati di fibre nervose retiniche,
in tutti gli animali con retine vascolarizzate. Un elemento che conferisce una forte
caratterizzazione nelle immagini al microscopio è costituito da espansioni
digitiformi degli astrociti fibrosi negli spazi perinodali degli assoni
adiacenti. I processi cellulari degli astrociti fibrosi sono in genere più
lunghi di quelli degli astrociti protoplasmatici, nel topo come nell’uomo.
Gli astrociti velati sono stati descritti nello strato granulare della
corteccia cerebellare, dove ciascuno di essi avvolge con proprie membrane
simili a veli sottili più “cellule granulo”, cioè i piccoli neuroni
caratteristici del cervelletto. Astrociti velati sono presenti anche nel bulbo
olfattivo.
Gli astrociti intralaminari sono presenti negli strati
sopragranulari della corteccia cerebrale dell’uomo e di altri primati, ma sono
assenti in tutti i mammiferi inferiori. Sono cellule astrogliali molto simili
agli astrociti protoplasmatici degli strati più elevati della corteccia (I-III),
ma sono caratterizzati da un lungo processo, che nasce dal lato interno del corpo
cellulare, sito in genere nella lamina I, e scende per almeno due lamine,
raggiungendo spesso la lamina IV, dove termina in un piccolo bulbo. Presi
insieme, questi processi formano una palizzata. Tale struttura a
palizzata degli astrociti intralaminari ha attratto l’attenzione di molti
gruppi di ricerca, che stanno tentando di stabilirne il significato
neurofunzionale. In attesa di risultati delle ricerche in corso, alla palizzata
intralaminare è stato attribuito un verosimile ruolo nell’organizzazione
colonnare della corteccia cerebrale: la struttura astrogliale ottimizzerebbe i
processi dei moduli corticali. Intanto, in istopatologia, si rileva la
distruzione della palizzata nella neurodegenerazione della malattia di
Alzheimer. Infine, nello studio sperimentale dei traumi corticali si è
osservato il danno di questa struttura di propaggini degli astrociti
intralaminari.
Gli astrociti perivascolari, oltre a rappresentare con il fitto
rivestimento di piedi terminali vascolari cellule privilegiate nella regolazione
fisico-chimica del rapporto fra compartimento parenchimale encefalico e
compartimento ematico, come gli astrociti della glia marginale nei
confronti delle meningi, rappresentano una speciale struttura di limite e
confine del tessuto neuro-gliale rispetto ad altre strutture; i dettagli del
loro ruolo fisiologico sono ancora scarsamente definiti”[1].
Riportiamo anche qualche nozione introduttiva sull’amigdala:
“L’amigdala o corpo nucleare
amigdaloideo[2] è un agglomerato nucleare pari e simmetrico grigio-rossastro a forma di
mandorla del diametro di 10-12 mm, situato nella profondità dorso-mediale del
lobo temporale, in prossimità topografica della coda del nucleo caudato, ma non
collegata fisiologicamente al controllo motorio e procedurale dei nuclei del corpo striato. L’amigdala, da una parola greca che vuol dire mandorla, occupa la parte anteriore del giro paraippocampico e la
parte iniziale dell’uncus, sporgendo
davanti al corno di Ammone. Descritta in anatomia con i nuclei della base
telencefalica, al suo interno è composta da agglomerati di pirenofori che
formano una dozzina di piccoli nuclei classificati in vario modo, anche se più
spesso ripartiti in tre aree: amigdala laterale (AL), amigdala centrale (AC) ed
amigdala basale (AB). In neurofisiologia l’amigdala è tradizionalmente
considerata parte del sistema limbico
ma, come è noto, la concezione di Paul McLean secondo cui l’insieme delle aree
filogeneticamente più primitive costituiva una unità funzionale, detta anche cervello emotivo, è venuta a cadere nel
tempo e l’amigdala è stata indagata spesso separatamente o nei suoi rapporti
con aree neocorticali. Anche se negli ultimi decenni è stata studiata
soprattutto in relazione alla paura e
all’apprendimento della paura condizionata,
i suoi sistemi neuronici intervengono in una gamma considerevole di processi,
quali quelli relativi al conferimento di valore
d’affezione a stimoli percettivi, alle associazioni con stimoli sessuali, alle risposte di attenzione motivata in chiave di interesse edonico o di allerta e di
allarme. Inoltre, come faceva
rilevare il nostro presidente, numerosi studi suggeriscono che questo complesso
nucleare, con le sue estese connessioni, svolga un ruolo critico nella
regolazione di vari comportamenti cognitivi
e sociali, oltre che affettivo-emotivi”[3].
L’ossitocina, particolarmente quella di provenienza ipotalamica[4], contribuisce all’orchestrazione dell’attività
dei circuiti cerebrali alla base dei comportamenti sociali e
affettivo-emozionali, trasmettendo informazioni ai neuroni-chiave per la
determinazione del regime di risposta di intere reti di cellule nervose
cerebrali. Nell’amigdala centrale (CeA, da Central Amygdala),
ossia nel raggruppamento di aggregati nucleari che occupa la parte di centro del
complesso nucleare amigdaloideo, il rilascio di ossitocina modula i
circuiti inibitori e, in tal modo, controlla e reprime l’attività
connessa con la reazione di paura (risposta a minacce fisiche attuali) e
riduce i livelli di ansia (risposta generata internamente senza attualità
di minaccia materiale). Jerome Wahis e colleghi, usando la perdita e l’acquisto
di funzione specifico per gli astrociti, insieme con approcci farmacologici,
hanno dimostrato che una sub-popolazione morfologicamente distinta di
cellule astrogliali esprime recettori per l’ossitocina e media
direttamente le risposte di abolizione dell’entropia ansiosa, crescita della
stabilità e aumento del rinforzo positivo fisiologico indotte dall’ossitocina attraverso
il legame ai recettori della CeA di topi e ratti.
La dimostrata partecipazione degli astrociti alla segnalazione
ossitocinica diretta all’amigdala smentisce il “vecchio dogma” secondo cui l’ossitocina
agirebbe solo sui neuroni, ma soprattutto – e in proposito si veda il dettaglio
della sperimentazione nell’articolo originale – evidenzia il ruolo delle
cellule dell’astroglia quali protagoniste essenziali per la modulazione di
stati emozionali tanto nelle condizioni fisiologiche ordinarie, quanto negli stati
di dolore cronico.
L’autrice della nota ringrazia
la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE
E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).
Diane Richmond
BM&L-20 febbraio 2021
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non-profit.
[1] Note e Notizie 30-01-21 Come
gli astrociti modulano la memoria.
[2] L’esposizione che segue è tratta
da un brano di una relazione tenuta in precedenza dal presidente della Società
Nazionale di Neuroscienze (si veda in Note
e Notizie 20-11-10 Basi cerebrali della psicopatia, un disturbo ignorato dal
DSM – quarta parte).
[3] Si veda in Note e Notizie 10-09-11 Amigdala più grande nei figli di donne depresse.
[4] Si veda in Note e Notizie 31-10-20 Quale ossitocina induce ansia invece di ridurla.