Glial cells ในระบบประสาทส่วนกลาง
(CNS)
ในระบบประสาทส่วนกลางจะพบว่ามีเซลล์ค้ำจุนแทรกอยู่ระหว่างเซลล์ประสาท
เดิมคิดว่าเป็น amorphous intercellular substance รอบๆ เซลล์ประสาทจึงเรียกว่า
glia ซึ่งแปลว่า glue (กาว) เพราะคิดว่าเป็นสารที่เชื่อมอยู่ ระหว่างเซลล์ประสาท
จากการศึกษาโดย electronmicroscope จึงพบว่าเป็นเซลล์อีกพวกหนึ่งนอกเหนือจากเซลล์ประสาท
ซึ่งมีจำนวนมากกว่า เซลล์ประสาทถึง 10 เท่า
| ใน CNS พบ glial cell 4 ชนิดได้แก่ (รูปที่ 42)
|
รูปที่ 42
|
Astrocytes
เป็นเซลล์ที่รูปร่างคล้ายดาว
แทรกอยู่ระหว่างเซลล์ประสาท แบ่งเป็น 2 ชนิด คือprotoplasmic astrocytes
และ fibrous astrocyte
Protoplasmic astrocyte (รูปที่
43 ญ) พบใน gray matter ส่วน fibrous astrocytes
(รูปที่ 44 ญ) พบใน white matter จาก electronmicroscope
พบว่ามี fibril ขนาด 8-9 nm เป็นจำนวนมากคล้าย neurofilament และมี polymerized
strand ที่เรียกว่า glia fibrillary acidic protein (GFAP) และพวก vimentin
GFAP พบใน mature astrocyte ส่วน vimentin พบใน immature astrocyte
นอกจากนี้ยังพบ acidic Ca++ binding protein ชื่อ S-100 protein เช่นเดียวกับเซลล์อื่นๆ
ในระบบประสาท
รูปที่ 43
|
รูปที่ 44
|
| Astrocyte จะแทรกตัวอยู่ใน
extraneuronal space มี process ยาว และไปโอบรอบ boutons, dendrites และ cell
body บริเวณที่ astrocyte ติดกับ astrocyte ตัวอื่น หรือ oligodendrocyte
จะมี gap junction เกิดขึ้น นอกจากนี้ astrocyte ยังไปโอบรอบ capillaries
(v) (รูปที่ 45) และที่บริเวณผิวของสมอง astrocyte จะคลุมอยู่เป็นชั้น หนาหลายไมโครมิเตอร์
แทรกระหว่างเนื้อสมองและ pia mater เรียกว่า glial limiting membrane |
รูปที่ 45
|
บทบาทและหน้าที่ของ Astrocyte
1. Astrocyte ทำหน้าที่เป็น
structural support ของเนื้อเยื่อระบบประสาท ที่เป็นเช่นนี้เนื่องจาก astrocyte
มี filament เรียงตัวกันเป็น bundle เป็นปริมาณมากพอสมควรทำให้เซลล์ค่อนข้างแข็ง
นอกจากนี้เนื่องจาก astrocyte ยังเกาะติดกันด้วย gap junction และไปยึดติดกับหลอดเลือดด้วย
จึงทำให้ astrocyte ทำหน้าที่คล้ายกับเป็นโครงกระดูกของ CNS
2. มีบทบาททางด้าน trophic
role ต่อเซลล์ประสาท โดยการปล่อย metabolites ไปสู่เซลล์ประสาท โดยเฉพาะอย่างยิ่ง
ในกรณีที่เซลล์ประสาทมีความต้องการ metabolites สูง เช่นในขณะที่มี activity
เพิ่มมากขึ้นและนาน นอกจากนี้พบว่ามีการส่ง RNA หรือ nucleotide รวมทั้ง growth
factor จาก glial cell ไปสู่เซลล์ประสาทด้วย
3. ในช่อง development ของระบบประสาท
radial glial cell ใน embryo จะทำหน้าที่ชี้ทิศทางให้เซลล์ประสาท migrate
ไป เช่นใน neural tube radial glial cell จะสร้าง
process ยื่นจาก central canal ไปสู่ผิวและทำร่างแหให้ neuroblast สามารถ
migrate ไปได้ทันที่ที่ neuroblasts ไปถึงจุดหมาย radial glial cells ก็จะปรับเปลี่ยนตัวเอาไปเป็น
mature astrocyte
4. Astrocyte ทำหน้าที่เป็น
ionic homeostasis ของ neuronal environment ในขณะที่มี neuronal ctivity
จะพบว่ามี K+ astrocyte เพิ่มมากขึ้นบริเวณรอบๆ เซลล์ประสาท astrocyte
จะทำหน้าที่เก็บ K+ ที่เกินไป แล้วส่งถ่ายไปยังบริเวณที่มี K+
ต่ำได้ และยังสามารถเก็บสะสม K+ ภายใน astrocyte ได้ในรูปของ
KCL
5. Astrocyte มีบทบาทในเรื่องของ
blood-brain barrier หลอดเลือดฝอยในระบบประสาท จะมี astrocytic sheath ล้อมรอบ
ซึ่งจะมีอิทธิพลต่อการสร้างและการคงไว้ของ tight junction ระหว่าง endothelial
cells
6. บทบาทของ astrocyte เมื่อมีการทำลายเนื้อเยื่อระบบประสาทส่วนกลาง
จะพบว่า astrocyte จะเปลี่ยนแปลง ตัวเองเป็น reactive astrocyte ซึ่งจะมีการแบ่งตัวแบบ
mitosis เพิ่ม glycogen ภายในเซลล์ และพบว่ามีความสามารถ ในการ phagocytosis
พวกเนื้อเยื่อที่เสื่อมสลายไปได้บ้าง ทั้งนี้เนื่องจากพบ myelin fragments
และ dense body ภายใน reactive astrocyte บางคนเชื่อว่าเซลล์พวกนี้ทำหน้าที่เก็บกินสิ่งต่างๆ
ที่สลายตัวอยู่ ต่อมา reactive astrocyte จะเพิ่มขนาดและเพิ่มประมาณของ filament
รวมทั้ง golgi apparatus ด้วย ในที่สุด astrocyte พวกนี้จะไปอยู่ในบริเวณที่
มีการสูญเสียเซลล์ประสาทไป เกิดเป็น neuroglial scar ซึ่งอาจจะขัดขวางการงอกใหม่ของเซลล์ประสาท
องค์ประกอบสำคัญของ intermediate filament ใน reactive astrocytes คือ glial
fibrillary acidic protein (GFAP)
Oligodendrocytes
| เป็น glial cell ขนาดเล็ก
มี process ไม่มาก (รูปที่ 46 ญ) ส่วนใหญ่จะพบใน
white matter ของ CNS แต่ก็พบได้ใน gray matter ใน white
matter จะเรียงตัวเป็นแถว ท่ามกลาง เส้นใยประสาทจึงเรียกว่า interfascicular
oligodendrocyte ส่วนใน gray matter จะอยู่ร่วมกับ กลุ่มของเส้นใยประสาท
หรืออยู่บนผิวของ body ของเส้นประสาท ซึ่งในกรณีนี้เรียกว่า satellite
oligodendrocyte Glial cell ชนิดนี้จะไม่มีการฟอร์ม
end-feet บนผนังของหลอดเลือด |
รูปที่ 46
|
ใน electronmicroscope (รูปที่
47) จะพบว่ามี granular endoplasmic reticulum (
)
เป็นจำนวนมาก มี cisternae สั้นๆ เรียงตัวเป็นชั้นๆ และมี free polysomes
จำนวนมากกว่าใน astrocytes แต่ glycogen granules ไม่ค่อยพบ Golgi apparatus
เจริญดี และ mitochondria มีรูปร่างปกติ พบ filament น้อย แต่ microtubules
พบเป็นจำนวนมาก ซึ่งก็พบมากใน process ด้วย (รูปที่ 48) (p)
รูปที่ 47
|
รูปที่ 48
|
บทบาทและหน้าที่ของ Oligodendrocytes
1. Oligodendrocyte
ทำหน้าที่สร้าง myelin ใน CNS ในขณะที่ Schwann
cell จะสร้าง myelin sheeth ใน PNS โดย Schwann cell 1
ตัวจะสร้าง 1 internode และหลายๆ axon ด้วย แต่ละ internode จะสร้างโดย
process ของ oligodendrocyte เคยมีรายงานว่า oligodendrocyte
1 เซลล์สามารถสร้างได้ถึง 60 internodes ส่วนประกอบของ central
และ peripheral myelin ที่เป็น lipid
นั้นจะต่างกันที่ปริมาณ กล่าวคือ ใน central myelin จะมี galactocerebroside
สูง แต่ phosphotidylcholine และ sphingomyelin ต่ำกว่า
peripheral myelin สำหรับองค์ประกอบที่เป็นโปรตีนจะต่างกันมาก
ใน central myelin จะเป็น PLP (proteolipid
protein, molecular weight 25,000) MBP (myelin basic
protein, molecular weight 18,500) และ DM20 (intermediate
protein, molecular weight 20,500) ใน central myelin พบ PLP
โปรตีนประมาณ 50% และ MBP โปรตีน 30-35%
MBP โปรตีนเป็น antigen ที่ชักนำให้เกิดโรค autoimmune ได้
2. Oligodendrocytes
และ central myelin ประกอบด้วย membrane protein ซึ่งมีผลขัดขวางการงอกของ
axon จึงทำให้การงอกใหม่ของ axon ใน white matter ถูกจำกัด
Microglial Cells
| Microglia เป็นเซลล์ขนาดเล็ก
มี process เป็นรูปกระสวยจำนวนเล็กน้อย (รูปที่ 49 ญ)
พบได้ทั้งใน gray และ white matter ในสภาวะปกติมีจำนวนประมาณ 5-10% ของจำนวน
glia ทั้งหมด และไม่ active แต่ถ้ามีการบาดเจ็บหรือมีการอักเสบของเนื้อสมอง
เซลล์นี้จะ active และเพิ่มจำนวนขึ้นอย่างรวดเร็ว พร้อมทั้งเคลื่อนตัว ไปสู่ตำแหน่งที่มีการบาดเจ็บของสมอง
เพื่อจะทำหน้าที่ เก็บกินเศษเซลล์ myelin fragments (รูปที่ 50 [)
และเซลล์ประสาทที่บาดเจ็บ จึงเรียกเซลล์พวกนี้ว่า phagocyte |
รูปที่ 50
|
รูปที่ 49
|
นอกจากจะมี microglia ที่ทำหน้าที่เป็น
phagocyte แล้ว ในขณะที่เนื้อเยื่อสมองมีการอักเสบหรือบาดเจ็บ จะมีการสูญเสีย
blood brain barrier ซึ่งทำให้ macrophages จากเลือดเคลื่อนตัวเข้ามาในเนื้อสมองได้
และทำหน้าที่เช่นเดียวกับ microglia
Ependymal Cells
เป็นเซลล์ที่ประกอบขึ้นเป็นเยื่อบุผิวด้านในของช่องว่างที่เจริญจากท่อของ
neural tube ได้แก่ central canal ของไขสันหลังและ ventricles
ของสมอง
รูปร่างและความสัมพันธ์ระหว่างเซลล์
Ependymal cell จะมีรูปร่างอย่างไรขึ้นกับ
ตำแหน่งที่อยู่ โดยอาจจะมีรูปร่างแบน cuboid หรือ columnar ก็ได้ ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
จะมีความสูงอยู่ใน ระหว่าง 0.2-15 mm บนผิวเซลล์ด้านที่หันเข้าสู่ช่องว่างจะมี
microvilli เสมอ และอาจจะมี cilia ด้วย (รูปที่ 51 ญ)
Microvilli จะช่วยเพิ่มพื้นที่ผิว มักจะมีความยาวและ เส้นผ่านกลางที่แตกต่างกัน
และเรียงตัวไม่เป็นระเบียบ Cilia พบเป็นจำนวนมากในบางบริเวณ
เช่น ส่วนบนๆ ของ third ventricle ในขณะที่บริเวณส่วนล่างจะไม่พบ cilia
บทบาทของ cilia คือ ทำให้มีการเคลื่อนที่ของน้ำหล่อเลี้ยง ไขสันหลังอย่างต่อเนื่อง
ผนังทางด้านข้างของเซลล์จะพบว่า มีส่วนยื่นคล้ายนิ้วมือประสานกันระหว่างเซลล์ที่ติดกัน
บริเวณใกล้ๆ กับ apex จะมี intercellular junction (รูปที่ 52 [)
ที่เรียกว่า terminal bars ซึ่งประกอบด้วย adherent และ gap junctions บางบริเวณจะพบ
tight junction ซึ่งจะทำหน้าที่ป้องกันการซึมผ่านของสาร ระหว่างน้ำหล่อเลี้ยงไขสันหลังและเนื้อเยื่อประสาท |
รูปที่ 51
รูปที่ 52
|
Glial cells ในระบบประสาทส่วนปลาย
(PNS)
ในระบบประสาทส่วนปลายจะพบว่ามี
Schwann cells เป็น supporting cell ซึ่งจะทำหน้าที่หลักเช่นเดียวกับ
glial cell ทั้งสามชนิดใน CNS ได้แก่ แทรกตัวไปในระหว่าง unmyelinated axon
และเซลล์ประสาท (รูปที่ 53) เช่นเดียวกับ astrocyte ทำหน้าที่เป็น phagocyte
เช่นเดียวกับ microglia และสร้าง myelin (รูปที่ 54 ญ)
เช่นเดียวกับ oligodendroglia
รูปที่ 53
|
รูปที่ 54
|
Schwann cells
ทำหน้าที่สร้างโปรตีน laminin, fibronectin และ collagen
ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของ basal lamina ของเซลล์ประสาทและ extracellular
matrix
| นอกจาก Schwann cells แล้ว
เซลล์ประสาทใน ปมประสาทจะมี satellite cells ล้อมรอบอยู่ (รูปที่ 55 )
ซึ่งเดิมเคยคิดว่าเป็น supporting cell อีกพวกหนึ่ง แต่ในปัจจุบันพบว่า satellete
cell นั้น ไม่ได้มีความ แตกต่างไปจาก Schwann cell เลย ดังนั้น satellite
cell หรือ Schwann cell ที่ล้อมรอบเซลล์ประสาทในปมประสาท จะเรียงตัวรอบๆ เซลล์ประสาทเพียงชั้นเดียว
ทำหน้าที่ แยกเซลล์ประสาทออกจาก extracellular environment ซึ่งเป็นหน้าที่เดียวกันกับ
astrocyte ช่องว่างระหว่าง เซลล์ประสาทและ Schwann cells จะลดลงเหลือประมาณ
20 nm. การที่ Schwann cell ล้อมรอบ ganglion cell จะแผ่ขยายไปถึง axon ด้วย
โดยเฉพาะ axon ที่มี ขนาดใหญ่ โดยการสร้าง myelin หุ้ม นอกจากนี้ Schwann
cell จะโอบรอบ unmylinated axon เป็นกลุ่มๆ ทำให้ axon ทั้งหมดถูกแยกตัวจาก
extracellular environment |
รูปที่ 55
|
Myelin
Myelin สร้างโดย
oligodendrocyte ใน CNS และ Schwann cell ใน PNS
โดยที่เซลล์เหล่านี้จะม้วนตัวรอบๆ axon เป็นชั้นๆ (รูปที่ 56)
Myelin จะเรียงตัวเป็นท่อนๆ ตามความยาวขอ axon ซึ่งจะแยกกันโดย nodes
of Ranvier (รูปที่ 57 ญ)
Myelin ใน CNS และ PNS จะมีความแตกต่างกันเนื่องมาจากวิธีการสร้างที่ต่างกัน
|
|
|
รูปที่ 56
|
รูปที่ 57
|
Peripheral myelin
ซึ่งสร้างโดย Schwann cell นั้น 1 Schwann cell จะสร้าง
myelin 1 ปล้องของ axon 1 เส้น เท่านั้น โดย Schwann cell จะโอบรอบ
axon แล้วส่วนชั้นนอกของ cell membrane จะมาประชิดกันรวมเป็น mesaxon แล้วขอบที่มาประชิดกับด้านหนึ่งจะเลื่อนเข้ามาอีกด้านหนึ่งเกิดเป็น
inner และ outer lip ส่วน outer lip จะประกอบด้วย nucleus และ
cytoplasm เป็นส่วนใหญ่ ส่วน inner lip จะไปพันรอบๆ axon
เป็นชั้นๆ ดังนั้น จะมีการประชิดกันของ outer surface ของ cell membrane และช่อง
inner surface (cytoplasmic face) ของ cell membrane เกิดเป็นชั้น สีอ่อนและเข้ม
ตามลำดับ มีชื่อเรียกว่า intraperiod line และ major dense line ในภาพ
electron micrograph ทำให้เห็นว่า myelin มีลักษณะเป็นชั้นๆ
สำหรับ Central myelin
ซึ่งสร้างโดย oligodendrocyte ซึ่งยื่น process ไปสู่หลายๆ axon
โดยจะสร้าง myelin segment 1 segment ดังนั้น oligodendrocyte 1 เซลล์
สามารถสร้าง myelin 1 segment บน axon จำนวน 20-60 axon จำนวนชั้นของ
myelin ที่พันรอบ axon ใน CNS จะน้อยกว่าใน PNS
โครงสร้างทางเคมีของ Myelin
Myelin ประกอบด้วย
lipid ประมาณ 70% ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็น Cholesterol และ Cerebroside ส่วนโปรตีนมีหลายชนิด
ที่สำคัญ 3 ชนิด ได้แก่ myelin basic protein (MBP), proteolipid
protein (PLP) และ protein zero (Po)
MBP
พบทั้งใน central และ peripheral myelin โดยพบว่ามีปริมาณ 30% และ 18% ของโปรตีนทั้งหมดใน
central และ peripheral myelin ตามลำดับ พบที่ cytoplasmic face ของ cell
membrane โมเลกุลของ MBP สร้างจากโปรตีน 7 ชนิด ซึ่งควบคุมโดย gene
เดี่ยว MBP มีบทบาทสำคัญในการเกาะติดของ CNS myelin ที่ major dense
line
PLP
เป็นโปรตีนที่ membrane พบเฉพาะใน central myelin มีปริมาณ 50% ของโปรตีนทั้งหมด
ส่วนใหญ่จะอยู่ที่ extracellular side ของ membrane
PLP มีบทบาทสำคัญในการเกาะติดของ myelin ที่ intraperiod line พบว่าถ้ามี
mutation ของ PLP gene จะเกิดโรค Pelizaens-Merzbacher disease ซึ่งในโรคนี้จะไม่พบ
CNS myelin เลยแต่ peripheral myelin ปกติ
Po
เป็น membrane glycoprotein พบเฉพาะที่ peripheral myelin มีจำนวนประมาณกี่งหนึ่งของ
protein ทั้งหมด ใน peripheral myelin มีบทบาทหน้าที่เช่นเดียวกับ PLP ใน
central myelin แต่โครงสร้างต่างกับ Po เป็น homophilic cell adhesion protein
และมีบทบาทสำคัญในการเกาะยึดของ myelin membrane ที่ intraperiod line แต่ก็ยังมีบทบาท
ในการสร้าง major dense line ด้วย ทั้งนี้เนื่องจากว่า peripheral
myelin จะยังคงปรากฎเป็นปกติ แม้ว่า MBP จะผิดปกติยังไม่พบว่ามี
genetic disease ที่ associate กับ mutation ของ Po gene
นอกจาก Pelizaeus -
Merzbacher disease แล้ว ยังมีกลุ่มโรคของ myelin
รวมเข้าด้วยกันเรียกว่า leukodystrophies ซึ่งเป็น progressive neuronal
diseases ที่เกิดจากความผิดปกติทางเมตาบอลิกของ myelin มี hypomyelination
โปรตีนใน myelin เป็น antigens
ที่แรง Multiple sclerosis เป็น autoimmune disease ที่มีการต้าน
central myelin ส่วน Guillian Barre syndrome เป้น autoimmune
disease ที่มีการต้านต่อ peripheral myelin
