More Attention on Segments Remote from the Primary Spinal Cord Lesion Site

Abstract

Recent findings from multimodal imaging studies point to macrostructural pathological changes in areas significantly distant from the epicenter of spinal cord injury, both in the spinal cord and in the brain. Studies are being performed to determine cellular and molecular mechanisms of these shifts, which are currently poorly understood. Research has demonstrated that the pathological process in the remote area is multifaceted. This process involves astrocytes and microglia, which contribute to the degeneration of nerve fibers passing from and through the immediate impact area, as well as participate in reciprocal activation. As a result, there is accompanying synaptic loss in areas remote to the spinal cord injury location. Reactive astrocytes produce chondroitin sulfate proteoglycans that inhibit axon growth and damage cells. However, neuronal death in the remote area remains controversial. The area of primary injury is the source of numerous neurotoxic molecules that release into the cerebrospinal fluid. It is assumed that these molecules, primarily matrix metalloproteinases, disrupt the blood-spinal cord barrier, which leads to tissue infiltration by macrophage precursors in the remote area. Activated macrophages secrete pro-inflammatory cytokines and matrix metalloproteinases, which, in turn, induce astrocytes and microglia towards a pro-inflammatory phenotype. In addition, reactive microglia, together with astrocytes, secrete numerous pro-inflammatory and neurotoxic molecules that activate inflammatory signaling pathways, consequently exacerbating synaptic depletion and neurological deterioration. It appears likely that the interplay between chronic inflammation and neurodegeneration is a pivotal characteristic of the pathological process in the spinal cord areas distant from the epicenter of the lesion. Pathological changes in the distant areas should be the object of research as potential therapeutic targets.

RNA Sequencing and Spatial Transcriptomics in Traumatic Spinal Cord Injury (Review)

“…A lumbar spine represents a special interest for the analysis of posttraumatic reactions and is considered as an important therapeutic target regardless of the level of spinal cord injury [53,54]. It is primarily connected with the presence of interneuron networks in this part forming a central generator of patterns and controlling the motor function [55,56].…”

Features of neuroglia at the epicenter of spinal cord contusion injury and at distant areas in mini-pigs

“…Среди них можно выделить провоспалительный (M1-подобный) и противовоспалительный прорегенеративный (M2-подобный) фенотипы, которые вносят свой вклад в процессы ответа на травму и последующего восстановления структуры спинного мозга [10]. После ТСМ активированные M1-подобные микроглиальные клетки, являясь антигенпредставляющими, экспрессируют главный комплекс гистосовместимости класса II (major histocompatibility complex class II, MHCII ) и участвуют в иммунных реакциях [11]. Исследования на моделях острой и подострой ТСМ показали, что для М1подобных макрофагов характерна более высокая экспрессия хондроитинсульфатных протеогликанов, участвующих в формировании микроокружения [12], а для М2-подобных -высокий уровень экспрессии интерлейкина 10 (interleukin-10, IL-10), трансформирующего фактора роста бета (transforming growth factor beta, TGF-β) и аргиназы-1, которые оказывают положительное влияние на посттравматическую регенерацию спинного мозга [4], например путем индукции дифференцировки олигодендроглиоцитов через механизмы, опосредованные IL-10 [13].…”

“…Полученные нами данные свидетельствуют о развитии хронического процесса, распространяющегося на удаленный от эпицентра ТСМ поясничный отдел спинного мозга. Анализ литературных источников также свидетельствует, что ТСМ вызывает нейровоспаление не только в эпицентре повреждения [2], но и в обширных зонах вокруг него в обоих (краниальном и каудальном) направлениях [11].…”

“…Ремоделирование спинного мозга после ТСМ носит многогранный характер [11]. В эпицентре образуется очаг первичного повреждения с последующей активацией клеток макроглии и воспалительной инфильтрацией нейтрофилами, макрофагами, клетками резидентной микроглии [16].…”

“…В эпицентре образуется очаг первичного повреждения с последующей активацией клеток макроглии и воспалительной инфильтрацией нейтрофилами, макрофагами, клетками резидентной микроглии [16]. Дегенерации поврежденных нервных волокон из очага ТСМ, а также проходящих через него, способствуют астроциты и микроглия, они же участвуют в реципрокной активации других нейронов [11]. В итоге происходит разрушение нервных волокон нисходящих и восходящих путей, прерывается связь между нейронами головного и спинного мозга.…”