glia limitans, neboli gliální limitující membrána, je tenká bariéra procesů astrocytární nohy spojená s parenchymální bazální laminou obklopující mozek a míchu. Je to nejvzdálenější vrstva nervové tkáně a mezi její povinnosti patří prevence nadměrné migrace neuronů a neuroglií, podpůrných buněk nervového systému, do mozkových plen. glia limitans hraje také důležitou roli při regulaci pohybu malých molekul a buněk do mozkového parenchymu, a to díky spolupráci s dalšími složkami centrálního nervového systému (CNS), jako je hematoencefalická bariéra (BBB).
Procesy koncových nohou vystupující z perivaskulárních i mezních astrocytů tvoří úzké spojení s bazální laminou parenchymu, neboli funkčními složkami mozku, a vytvářejí glia limitans. Tato membrána leží hluboko na pia mater a v subpiálním prostoru a obklopuje perivaskulární (Virchow-Robinův) prostor. Jakákoli látka vstupující do centrálního nervového systému z krve nebo mozkomíšního moku (CSF) musí překročit glia limitans.
Dvě různé klasifikace gliální limitující membrány, glia limitans perivascularis a glia limitans superficialis, mají téměř totožné struktury, nicméně mohou být od sebe odlišeny umístěním v mozku. glia limitans perivascularis sousedí s perivaskulárním prostorem obklopujícím parenchymální cévy a funguje jako podpůrná složka hematoencefalické bariéry. Naopak neparchymální cévy přítomné v subarachnoidálním prostoru nejsou pokryty glia limitans. Místo toho je celý subarachnoidální prostor uzavřen směrem k nervové tkáni glia limitans superficialis. Tyto dvě části glia limitans jsou spojité; nicméně konvence velí, že část, která pokrývá povrch mozku, je označována jako superficialis a část, která obklopuje cévy v mozku, je označována jako perivascularis.
Superoxidová dismutáza mědi/zinku (Cu/Zn SOD), zobrazená v oranžové barvě, je důležitým faktorem imunitní odpovědi mozku. Zde je pozorována v úzké souvislosti s gliální fibrilární kyselou bílkovinou (GFAP), indikátorem přítomnosti astrocytů, na povrchu gliálních limitanů.
Hlavní úlohou gliových limitanů je působit jako fyzická bariéra proti nežádoucím buňkám nebo molekulám pokoušejícím se proniknout do CNS. gliové limitany rozškatulkovávají mozek, aby izolovaly parenchym od cévního a subarachnoidálního kompartmentu. Uvnitř mozku je gliální limitující membrána důležitou složkou hematoencefalické bariéry. Experimenty s použitím markerů s elektronovou hustotou zjistily, že funkční komponenty hematoencefalické bariéry jsou endoteliální buňky, které skládají samotnou cévu. Tyto endoteliální buňky obsahují vysoce nepropustné těsné spoje, které způsobují, že cévy v mozku nevykazují nic z „průsakovosti“, která se vyskytuje v tepnách a žilách jinde v těle. Experimenty in vivo i in vitro ukázaly, že astrocytické procesy nohou gliových limitanů indukují tvorbu těsných spojů endoteliálních buněk během vývoje mozku. Experiment in vivo zahrnoval odebrané potkaní astrocyty, které byly umístěny do přední komory kuřecího oka nebo na chorioallantois. Propustné cévy z duhovky nebo chorioallantois se staly nepropustnými pro modrý albumin, jakmile vstoupily do transplantovaného bolusu astrocytů. V experimentu in vitro byly endoteliální buňky nejprve kultivovány samostatně a těsné spoje byly pozorovány v replikách se zamrzlými zlomeninami, které byly diskontinuální a protkané mezerovými spoji. Pak byly endoteliální buňky mozku kultivovány astroktyty, což mělo za následek zesílení těsných spojů a snížení frekvence mezerových spojů.
glia limitans působí také jako druhá obranná linie proti čemukoliv, co projde hematoencefalickou bariérou. Protože jsou však astrocyty obklopující cévy spojeny mezerovými křižovatkami, nepovažuje se za součást BBB a materiál může snadno procházet mezi procesy nohou.
Astrocyty glia limitans jsou zodpovědné za rozdělení mozku do dvou primárních kompartmentů. První kompartment je imunitně privilegovaný mozek a míšní parenchym. Tento kompartment obsahuje mnohočetné imunosupresivní povrchové proteiny buněk jako CD200 a CD95L a umožňuje uvolnění protizánětlivých faktorů. Druhý kompartment je kompartment subarachnoidálního, subpiálního a perivaskulárního prostoru bez imunitního privilegia. Tato oblast je vyplněna prozánětlivými faktory jako jsou protilátky, proteiny komplementu, cytokiny a chemokiny. Astrocyty glia limitans jsou považovány za součást mozku, která vylučuje pro- a protizánětlivé faktory.
Vývoj buněčných procesů dlouhých astrocytů, které jsou nedílnou součástí struktury glia limitans, byl spojen s přítomností meningeálních buněk v pia mater. Meningeální buňky jsou specializované fibroblastovité buňky, které obklopují CNS a hlavní krevní cévy. Bylo zjištěno, že spolupracují s astrocyty při prvotní tvorbě glia limitans během vývoje a podílejí se na jeho další údržbě po celý život. Bylo zjištěno, že uměle vyvolaná destrukce meningeálních buněk během vývoje CNS vede ke změně subpiální extracelulární matrix a narušení glia limitans.
Ukázalo se také, že glia limitans jsou důležité pro obnovu CNS po úrazech. Když jsou léze vytvořeny na povrchu mozku, meningeální buňky se rozdělí a migrují do léze, nakonec vystýlají celou poraněnou dutinu. Pokud zranění výrazně snížilo hustotu astrocytů a vytvořilo prostor uvnitř tkáně, meningeální buňky napadnou ještě difúzněji. Jakmile napadající meningeální buňky navážou kontakt s astrocyty, mohou vyvolat vznik nových funkčních glia limitans. Nové glia limitans vytvořené po úrazu CNS se obvykle prezentují jako bariéra pro regeneraci axonů.
Existuje celá řada onemocnění spojených s problémy nebo abnormalitami glia limitans. Mnoho onemocnění může vzniknout z porušení glia limitans, ve kterém již nebude moci plnit svou funkční roli jako bariéra. Dvě z více častých onemocnění vyplývající z porušení glia limitans jsou popsány níže.
Fukuyamův typ vrozené svalové dystrofie (FCMD)
Poruchy v komplexu glia limitans-bazální lamina jsou spojovány s Fukuyamovým typem vrozené svalové dystrofie (FCMD), která je považována za důsledek mikropolygyri, nebo malých výčnělků nervové tkáně. Ačkoli základní mechanismus vzniku těchto poruch je do značné míry neznámý, nedávné výzkumy ukázaly, že protein fukutin je přímo spojen s rozvíjejícími se lézemi. Mutace v proteinu fukutinu vedou ke snížené úrovni jeho exprese v mozku a míše novorozených jedinců, což následně přispívá k oslabení strukturální integrity glia limitans. Neuronální a gliální buňky migrují přes oslabenou bariéru, což vede k nahromadění nervové tkáně v subarachnoidálním prostoru. Tato abnormální migrace, známá jako kortikální dysplazie, je teoreticky považována za jednu z primárních příčin FCMD.
Experimentální autoimunitní encefalomyelitida (EAE)
Bylo prokázáno, že klinické příznaky experimentální autoimunitní encefalomyelitidy (EAE) jsou patrné až po průniku zánětlivých buněk přes glia limitans a při vstupu do parenchymu CNS. Aktivita matrixových metalloproteináz, konkrétně MMP-2 a MMP-9, je nutná pro průnik glia limitans zánětlivými buňkami. To je s největší pravděpodobností způsobeno biochemií bazální membrány parenchymu a procesy astrocytární nohy. MMP-2 i MMP-9 jsou produkovány myeloidními buňkami, které obklopují T buňky v perivaskulárním prostoru. Tyto metalloproteinázy umožňují imunitním buňkám prolomit glia limitans a dostat se do parenchymu CNS a napadnout parenchymální buňky CNS. Jakmile imunitní buňky dosáhnou parenchymu CNS a imunitní útok probíhá, jsou parenchymální buňky CNS obětovány v boji s infekcí. Autoimunitní odpověď na EAE vede k chronickému útoku oligodendrocytů a neuronů, který podporuje demyelinizaci a axonální ztrátu. To může v konečném důsledku vést ke ztrátě neuronů CNS.
Protože glia limitans plní u lidí tak důležitou strukturální a fyziologickou funkci, není divu, že evoluční předchůdce gliové limitující membrány lze nalézt i u mnoha dalších živočichů.
Hmyz má otevřený oběhový systém, takže se v jeho gangliích nenacházejí žádné cévy. Nicméně mají obal z perineurálních gliálních buněk, které obklopují nervový systém a vykazují stejně těsné uzavírací spoje, které jsou u lidí vyvolány glia limitans. Tyto buňky působí jako bariéra a jsou zodpovědné za vytvoření permeability gradientů.
U některých měkkýšů je pozorována gliálně-intersticiální fluidní bariéra bez přítomnosti úzkých spojů. Zejména měkkýši hlavonožci mají mozkové ganglie, které mají mikrocirkulaci, často pozorovanou ve složení vyšších organismů. Často gliální buňky vytvoří bezešvý plášť zcela kolem krevního prostoru. Bariéra se skládá z zonulárních mezibuněčných spojů, spíše než úzkých spojů, s rozštěpy tvořenými extracelulárními fibrilami. Kromě ochrany před krví se předpokládá, že tyto bariéry vykazují lokální kontrolu mikroprostředí kolem specifických neuronových skupin, což je funkce potřebná pro komplexní nervové systémy.
Bylo zjištěno, že opice a další primáti mají gliální limitující membránu extrémně podobnou člověku. Studie na těchto zvířatech odhalily, že tloušťka glia limitans se značně liší nejen mezi různými druhy, ale také v rámci různých oblastí centrálního nervového systému téhož organismu. Další pozorování mladých a starých opic prokázala, že mladší jedinci mají tenčí membrány s menším počtem vrstev astrocytických procesů, zatímco starší opice mají membrány mnohem silnější.
Od roku 2011 je výzkum zaměřen na obousměrnou komunikaci mezi neurony a gliovými buňkami. Komunikace mezi těmito dvěma typy buněk umožňuje axonální vedení, synaptický přenos, stejně jako zpracování informací pro regulaci a lepší kontrolu procesů centrálního nervového systému. Různé formy komunikace zahrnují neurotransmisi, iontové toky a signální molekuly. Ještě v roce 2002 publikovali nové informace o procesu neuron-gliové komunikace R. Douglas Fields a Beth Stevens-Graham. Použili pokročilé zobrazovací metody, aby vysvětlili, že iontové kanály pozorované v gliových buňkách nepřispívají k akčním potenciálům, ale spíše umožňují glii určit úroveň neuronální aktivity v blízkosti. Gliální buňky byly určeny ke vzájemné komunikaci výhradně chemickými signály a dokonce měly specializované glial-gliové a neuron-gliové neurotransmiterové signalizační systémy. Navíc bylo zjištěno, že neurony uvolňují chemické posly v extrasynaptických oblastech, což naznačuje, že neuron-gliální vztah zahrnuje funkce mimo synaptický přenos. Glia je známá tím, že pomáhá při tvorbě synapse, reguluje sílu synapse a zpracovává informace, jak je uvedeno výše. Proces uvolňování adenosin trifosspahtu (ATP), glutamátu a dalších chemických poslů z glie je diskutován a je považován za směr pro budoucí výzkum.