Stress - from neuroplasticity to neurodegeneration

Stress and stress hormones, glucocorticoids (GC) exert widespread actions in the central nervous system. Exposure to stress triggers hypothalamic-pituitary-adrenocortical (HPA) axis activation and glucocorticoid release from the adrenal glands. The concomitant rapid physiological responses also play a pivotal role in adaptation process. Stress hormones act through mineralocorticoid and glucocorticoid receptors (MRs and GRs, respectively). Glucocorticoids enhance memory consolidation and synaptic plasticity by influencing various cellular functions, including intra- and inter-cell signaling, ion channel prosperities and cell structure. Stimulation of these pathways result in the activation of specific brain regions including the hippocampus. The stress-induced reduction in hippocampal CA3 apical dendritic arbor complexity often coincides with impaired hippocampal function, such as learning and memory. Experimental studies indicate that a well-known brain-derived neurotrophic factor (BDNF)and vascular endothelial growth factor (VEGF) promote cell survival and synaptic plasticity. However, chronic and acute stress can lead to the alterations in BDNF and VEGF pathways. Long-term potentiation (LTP) is a major reflection of neuroplastic changes and is regarded as a principal candidate for the cellular mechanisms involved in learning and formation of memories. Aberrant processing of emotionally aversive memories lies at the core of post-traumatic stress disorder (PTSD). There is now ample evidence for cause-effect relationship between chronic stress/elevated GC levels and neurodegenerative disorders e.g. Alzheimer’s disease (AD). AD is characterized by Tau hyperphosphorylation . Hence this molecule was implicated as an essential mediator of the adverse effects of stress on brain structure and function.

Stres i hormony stresu – glikokortykoidy mają szeroki zakres działań w centralnym układzie nerwowym. Działanie stresora aktywuje oś podwzgórze- przysadka- nadnercza (PPN), a z rdzenia nadnerczy uwalniane są glikokortykoidy. Współtowarzyszy temu szybka, fizjologiczna odpowiedź organizmu, która nosi nazwę reakcji stresowej. Hormony stresu działają przez dwa typy receptorów: mineralokortykoidowy i glikokortykoidowy (odpowiednio MR i GR). W mózgu glikokortykoidy wzmacniają konsolidację śladów pamięciowych oraz plastyczność synaptyczną przez oddziaływanie na rozmaite funkcje komórkowe, m. in. wewnątrz- i zewnątrz- komórkowa komunikacja, własności kanałów jonowych i strukturę komórkową. Wpływając na te ścieżki sygnalizacyjne można wywołać aktywację specyficznych obszarów mózgu np. hipokampa. Pod wpływem stresu w polu CA3 hipokampa dochodzi do obkurczenia apikalnych dendrytów komórek piramidowych, co koreluje z zaburzeniem uczenia się i pamięci, będących pod kontrolą hipokampa. Badania eksperymentalne wskazują, że mózgopochodny czynnik wzrostu nerwów i czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego promują przetrwanie komórek i plastyczność synaptyczną. Jednakże chroniczny stres może generować zmiany w szlakach działania obu tych czynników wzrostu. Długotrwałe wzmocnienie synaptyczne leży u podstaw komórkowych mechanizmów zaangażowanych w uczenie się i konsolidację pamięci. Nieprawidłowe przetwarzanie awersyjnie nacechowanych wspomnień emocjonalnych przyczynia się do wystąpienia zespołu stresu pourazowego. Obecnie istnieją liczne dowody na związek przyczynowo-skutkowy pomiędzy chronicznym stresem i podwyższonym poziomem glikokortykoidów a chorobami neurodegeneracyjnymi np. chorobą Alzheimera. Hyperfosforylacja białka Tau jest cechą charakterystyczną choroby Alzheimera. Stąd tej cząsteczce przypisano rolę pośrednika w szkodliwym wpływem stresu na strukturę i funkcje mózgu.