Diaphonie entre les neurones et les cellules gliales dans les lésions oxydatives et la neuroprotection, partie 2

3. Astrocytes

3.1. Astrocytes dans le cerveau

Les astrocytes sont les cellules cérébrales humaines les plus dynamiques et les plus abondantes, responsables du maintien de l'homéostasie cérébrale. Les astrocytes sont appelés cellules territoriales et possèdent plusieurs processus étendus communiquant avec les cellules adjacentes ; ainsi, ils forment des domaines anatomiques organisés avec des syncytia fonctionnels associés (26).

Les astrocytes sont un type de cellule essentiel dans le cerveau. Ces cellules sont chargées de protéger et de soutenir les neurones et de maintenir le fonctionnement normal de l’ensemble du système nerveux. Ces dernières années, de plus en plus d’études ont montré que les astrocytes sont également étroitement liés à la formation et au maintien de la mémoire humaine.

Des recherches ont montré que les astrocytes peuvent affecter les connexions synaptiques entre les neurones, affectant ainsi la formation et le stockage des souvenirs. Ces cellules gliales peuvent également éliminer les déchets et autres substances nocives des neurones. Tout en maintenant la santé du système nerveux, ils contribuent également à améliorer notre mémoire.

De plus, les scientifiques ont découvert que les astrocytes produisent une molécule appelée FGF2, qui joue un rôle important dans l’amélioration de l’apprentissage et de la mémoire. Des expériences ont montré que l’augmentation du contenu de FGF2 dans les astrocytes peut améliorer considérablement la capacité d’apprentissage et la mémoire des souris.

Plus intéressant encore, certaines études ont montré que le maintien d’un mode de vie sain peut favoriser la croissance et le fonctionnement des astrocytes. Par exemple, une activité physique régulière, une alimentation saine et un sommeil suffisant peuvent favoriser la croissance et le fonctionnement des astrocytes, ce qui peut contribuer à améliorer notre mémoire.

Par conséquent, même si certains facteurs défavorables de la vie, tels qu’une consommation excessive d’alcool ou la consommation de certains médicaments, affectent la croissance et le fonctionnement des astrocytes, il existe encore de nombreuses mesures que nous pouvons prendre pour améliorer leur fonctionnement. Tant que nous maintenons une attitude positive et vivons aussi sainement que possible, nous pouvons potentiellement avoir une mémoire plus forte et une meilleure santé neurologique. On peut voir que nous devons améliorer la mémoire, et Cistanche deserticola peut améliorer considérablement la mémoire, car Cistanche deserticola a des effets antioxydants, anti-inflammatoires et anti-âge, qui peuvent aider à réduire l'oxydation et les réactions inflammatoires dans le cerveau, protégeant ainsi le santé du système nerveux. De plus, Cistanche deserticola peut également favoriser la croissance et la réparation des cellules nerveuses, améliorant ainsi la connectivité et le fonctionnement des réseaux neuronaux. Ces effets peuvent contribuer à améliorer la mémoire, l’apprentissage et la vitesse de réflexion, et peuvent également prévenir le développement de dysfonctionnements cognitifs et de maladies neurodégénératives.

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Les astrocytes projettent des processus vasculaires (pieds astrocytes) sur les vaisseaux sanguins intraparenchymateux et enveloppent les surfaces des vaisseaux pour contrôler le mouvement des molécules et des cellules entre le compartiment vasculaire et le cerveau [27].

Les astrocytes humains sont généralement classés en quatre subdivisions en fonction de leur neuroanatomie (28). Premièrement, les astrocytes interlaminaires ont un corps cellulaire rond et des processus courts et sont situés dans la couche I du cortex. Deuxièmement, les protoplasmicastrocytes se trouvent dans la matière grise et sont situés dans les couches II à VI du cortex. Ce sont les astrocytes les plus abondants et possèdent de nombreux processus et une morphologie touffue.

Troisièmement, les astrocytes à projection variqueuse sont situés dans les couches V à VI et ont des processus épineux courts avec de un à cinq processus plus longs qui peuvent fonctionner dans la communication à longue distance au sein du cortex. Quatrièmement, les astrocytes fibreux sont situés dans la substance blanche et sont des cellules plus grandes contenant moins de processus. Les processus fibreux des astrocytes envoient de nombreuses extensions vers les oligodendroglies de contact qui enveloppent les axones myélinisés [29].

Les astrocytes sont également classés en types I à III en fonction de leurs caractéristiques morphologiques, telles que la taille du corps cellulaire, le nombre de processus, l'épaisseur des processus, la direction des processus et la longueur des processus.

Les Iastrocytes de type sont caractérisés par un petit corps cellulaire et de nombreux processus courts. Les astrocytes de type II sont caractérisés par une forme bipolaire et de longs processus. Les astrocytes de type III sont caractérisés par une forme en étoile et de longs processus [30,31].

La fonction des astrocytes consiste à aider les neurones en jouant un rôle de soutien dans la fonction synaptique et la modulation de la neurotransmission. Les processus des astrocytes enveloppent les synapses et contiennent une variété de récepteurs de neurotransmetteurs, de cytokines, de facteurs de croissance et de canaux ioniques.

Les astrocytes sont affectés par la libération intracellulaire de Ca2+ par le glutamate extracellulaire et maintiennent l'équilibre ionique des synapses en augmentant les niveaux de Ca2+ intracellulaire suite à la sécrétion de nombreux gliotransmetteurs, tels que le glutamate, les purines, le GABA et la D-sérine. 32,33] Les neurones sont très sensibles aux petits changements dans le microenvironnement cérébral, même si leur consommation métabolique est élevée.

Le rôle des astrocytes dans le cerveau normal est le maintien de l'homéostasie extracellulaire par l'absorption et le recyclage du glutamate, le tampon K+, la fourniture de substrats énergétiques, le tampon du pH et la défense contre le stress oxydatif (28).

3.2. Astrocytes dans les lésions oxydatives

Les astrocytes existent dans un état de repos ou réactif dans le cerveau, comme le montre la figure 2. Les astrocytes réactifs libèrent des cytokines inflammatoires, notamment le TNF et le ROS, et forment des cicatrices gliales qui entravent la régénération des axones et la croissance des neurites (34-36).

Les astrocytes activés contribuent à la récupération de la fonction cérébrale après une blessure, mais peuvent être neurotoxiques. Les astrocytes réactifs libèrent de l'oxyde nitrique (NO) dans l'espace extracellulaire ; cela peut entraîner des lésions neuronales et la mort en augmentant la peroxydation lipidique, la déficience mitochondriale et en induisant des cassures de brins d'ADN (37).

Le système antioxydant astrocytaire équilibre les ROS (superoxydes, radicaux hydroxyles et monoxyde nitrique) qui sont naturellement produits pendant le métabolisme de l'oxygène par le SNC [38]. Le stress oxydatif dans les astrocytes réactifs entraîne des effets à long terme sur des protéines spécifiques, notamment les connexines, les transporteurs de glutamate et les enzymes, qui affectent les interactions entre les astrocytes et les neurones (39).

L'absorption du glutamate par un astrocyter nécessite un niveau d'énergie élevé, nécessitant plus d'une molécule d'ATP pour une absorption du glutamate. Cependant, le manque d'ATP est lié aux mécanismes de blocage de l'absorption du glutamate induit par les ROS dans les astrocytes (40, 41). Le blocage des transporteurs de glutamate astrocytes augmente la neurotoxicité en potentialisant l'excitabilité neuronale et la neurotransmission excitatrice (42).

Le stress oxydatif généré par les astrocytes se produit principalement par le stress oxydatif dérivé des mitochondries, le stress oxydatif dérivé du NADPH et la production de RNS. Les mitochondries sont distribuées dans le corps cellulaire et dans les processus fins et longs des astrocytes [43]. La perturbation de la fonction mitochondriale et l'augmentation des ROS dans les astrocytes conduisent à l'astrogliose. Le stress oxydatif dérivé du NADPH affecte de manière significative la fonction physiologique des astrocytes.

Parmi la famille NOX, NOX2 et NOX4 sont les NOXisoformes les plus abondamment exprimées dans le SNC (43). NOX4, mais pas NOX2, est exprimé dans les astrocytes, et même une faible expression de NOX4 régule le stress oxydatif dans les astrocytes (44, 45).

La production de RNS astrocytes affecte également le stress oxydatif dérivé des astrocytes. Les principales isoformes de NOS, notamment la NOS neuronale dépendante du Ca2+, la NOS endothéliale et la NOS indépendante et inductible du Ca2+-, sont observées dans les astrocytes [5,46]. Le NO astrocytaire entraîne une dégénérescence neuronale induite par les astrocytes et une agrégation de la superoxyde dismutase Cu-Zn (SOD1) dans les astrocytes, ce qui peut induire des lésions ischémiques/reperfusion du SNC [47, 48].

3.3. Défense antioxydante médicamenteuse par les astrocytes

Les astrocytes sont les principales cellules qui maintiennent l'homéostasie du glutamate, ce qui affecte indirectement l'équilibre du stress oxydatif, en régulant les acides aminés excitateurs. Les astrocytes préviennent également l'excitotoxicité en libérant des facteurs neurotrophiques, tels que le facteur neurotrophique dérivé de la lignée de cellules gliales (GDNF) et le facteur de croissance nerveuse (NGF), qui soutiennent la survie neuronale (39, 49).

Pour la neuroprotection pendant le stress oxydatif, les astrocytes produisent une variété de molécules antioxydantes, notamment le GSH, l'ascorbate et la vitamine E, et activent des enzymes détoxifiantes ROS, telles que la GSH S-transférase, la GSH peroxydase, la thiorédoxine réductase et la catalase pour améliorer la survie neuronale [26, 50,51]. De plus, les astrocytes participent à la séquestration des métaux dans le cerveau pour empêcher la génération de radicaux libres par les métaux rédox-actifs. Les astrocytes expriment des taux élevés de métallothionéines et de céruloplasmine, impliquées dans la liaison des métaux et le trafic des ions [52].

Les astrocytes peuvent synthétiser le tripeptide GSH avec la glutamate cystéine ligase et la GSH synthétase. Les astrocytes libèrent du GSH dans l'espace extracellulaire et les neurones absorbent directement le GSH ou utilisent l'aminopeptidase N neuronale extracellulaire pour former de la glycine et de la cystéine (53).

Une protection neuronale réduite contre les lésions oxydatives a été observée dans les astrocytes appauvris en GSH en limitant le substrat pour la synthèse du GSH dans les neurones (54). Les astrocytes augmentent la capacité de synthétiser le GSH en augmentant la capacité à absorber la cystéine, renforçant ainsi l'effet neuroprotecteur des astrocytes contre le stress oxydatif [5]. Un autre mécanisme de défense antioxydant des astrocytes est le recyclage de l'ascorbate, qui peut directement récupérer les ROS et agir comme cofacteur pour le recyclage de la vitamine E et du GSH oxydés [2].

Cet ascorbate recyclé est utilisé de manière intracellulaire dans les astrocytes et/ou libéré dans l'espace extracellulaire pour que les neurones l'utilisent pour leur mécanisme de défense antioxydant. Lorsque l'acide ascorbique pénètre dans les neurones, il inhibe la consommation de glucose et stimule le transport du lactate. L'acide ascorbique régule la navette lactate astrocytes-neurones [55], et les neurones produisent du glutamate, qui stimule la libération d'acide ascorbique par les astrocytes pendant l'activité synaptique glutamatergique [56,57].

Dans la voie Nrf2-Keap1-ARE, un important système antioxydant endogène du SNC, le facteur de transcription inductible par les ROS, le facteur nucléaire érythroïde 2-facteur 2 (Nrf2), régule le système GSH, le système thiorédoxine et SOD [58]. Nrf2 est produit et ubiquitiné pour être dégradé en se liant à la protéine 1 associée à l'ECH de type Kelch (Keap1) dans des conditions basales (59).

Cependant, la liaison de Keap1 à Nrf2 est inhibée par des conditions de stress oxydatif accrues, ce qui permet à Nrf2 d'échapper à la dégradation et d'interagir avec les éléments de réponse antioxydants (ARE) dans les promoteurs de gènes (60, 61).

Les astrocytes présentent des niveaux basaux et stimulés de liaison ARE par Nrf2 plus élevés que les neurones (62). De plus, la tert-butylhydroquinone (tBHQ) active Nrf2 et ses enzymes antioxydantes en aval, telles que la coenzyme/quinone oxydoréductase réduite1 (NQO1), dans les astrocytes, mais pas dans les neurones (63).

L'astrocytaire Nrf2 est le principal régulateur de l'homéostasie oxydative, tel que déterminé par l'observation selon laquelle les astrocytes Nrf2−/− ont des réponses inflammatoires plus sévères. De plus, le récepteur astrocytaire de la dopamine D2 régule la synthèse du GSH via la transactivation de Nrf2 in vivo (64,65).

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