Selective and progressive death of neurons is a characteristic feature of the process of neurodegeneration and leads to corresponding neuronal dysfunctions. Neurodegenerative diseases represent a heterogeneous group of clinically distinct disorders with similar molecular mechanisms of pathogenesis. They are based on the processes of abnormal aggregation of proteins, the formation of fibrillary insoluble structures and their deposition in the form of histopathological inclusions in the tissues of the nervous system. Disturbance of homeostatic functions that regulate neuronal ion and energy metabolism, biosynthesis and degradation of proteins and nucleotides, chronic hypoxia and the penetration of toxic and inflammatory substances into the brain from the bloodstream not only cause metabolic changes associated with age and disorders in the sleep-wake cycle, but also contribute to the development of neurodegenerative diseases. In animal studies, clearance pathways have been identified in which solutes and specific tracers are excreted perivascular into the meningeal lymphatics. The glymphatic pathway promotes the removal of metabolites, including Aβ amyloid and tau protein, from the parenchymal extracellular space of the brain. The glymphatic system is discussed to be more efficient during natural sleep, and fluid dynamics through this pathway exhibit daily fluctuations and are under circadian control. This review systematizes the key aspects and the data of recent research on the role of the glymphatic pathway and astroglial AQP-4 as its main determinant in maintaining homeostatic fluid circulation in the brain in normal and pathological conditions, in particular in relation to the regulatory role of the sleep-wake cycle and in development of neurodegeneration.
Избирательная и прогрессирующая гибель нейронов является характерной чертой процесса нейродегенерации и приводит к соответствующим нейрональным дисфункциям. Нейродегенеративные заболевания представляют гетерогенную группу различных по клинической картине нозологий со сходными молекулярными механизмами патогенеза. В их основе лежат процессы аномальной агрегации белков, формирования фибриллярных нерастворимых структур и депонирования их в виде гистопатологических включений в тканях нервной системы. Нарушение гомеостатических функций, регулирующих нейрональный ионный и энергетический обмен, биосинтез и деградацию белков и нуклеотидов, хроническая гипоксия и проникновение в головной мозг из кровотока токсических и воспалительных веществ не только вызывают метаболические изменения, ассоциированные с возрастом и нарушениями в цикле «сон—бодрствование», но и способствуют развитию нейродегенеративных процессов. В исследованиях на животных были выявлены пути клиренса, при которых растворенные вещества и специфические трассеры выводятся периваскулярным путем в менингеальные лимфатические сосуды. Глимфатическая сеть способствует выведению метаболитов, включая бета-амилоид и тау-белок, из внеклеточного пространства головного мозга. Обсуждается, что глимфатическая система более эффективна во время естественного сна, а гидродинамика через этот путь демонстрирует ежедневные колебания и находится под циркадианным контролем. В настоящем обзоре систематизированы ключевые аспекты и научные данные последних исследований о роли глимфатического пути и астроглиального аквапорина 4-го типа как его основной детерминанты в поддержании гомеостатической циркуляции жидкости в мозге в норме и при патологии, в частности во взаимосвязи с регулирующей ролью цикла «сон—бодрствование» и при развитии нейродегенеративных процессов.
Keywords: amyloid; aquaporin-4; blood-brain barrier; glymphatic system; neurodegenerative diseases; sleep—wake cycle.