thumb|Microgliacellen in rusttoestand in gezond hersenweefsel van een rat thumb|upright=1.5|Verschillende fenotypen van microgliacellen Microglia is een weefselhttps://pinkhof.ivdnt.org/docs/microglia/_6078acd9j2h.NL01 dat bestaat uit kleine gliacellen (microgliacellen) die een belangrijke rol spelen in het afweersysteem van het centraal zenuwstelsel. Microgliacellen komen verspreid voor in de weefsels van de hersenen en het ruggenmerg. Microgliacellen worden beschouwd als weefselspecifieke macrofagen. Ze komen voor in zowel de witte als de grijze stof van het centraal zenuwstelsel en de hersenen. Microglia wordt gedurende de embryonale ontwikkeling gevormd uit het hersenmesenchym.
Microgliacellen en andere gliacellen in de hersenen (zoals astrocyten) zijn van essentieel belang voor hersenonderhoud: ze tasten het centraal zenuwstelsel voortdurend af op plaques, beschadigde of ongewenste neuronen en synapsen en ziekteverwekkers. Microgliacellen zijn uiterst gevoelig voor de kleinste pathologische veranderingen in het centraal zenuwstelsel. Deze gevoeligheid komt gedeeltelijk tot stand door de aanwezigheid van bepaalde kaliumkanalen die reageren op kleine veranderingen in extracellulair kalium. Onderzoek toont aan dat microgliacellen ook een sleutelrol spelen bij het in stand houden van normale hersenfuncties onder gezonde omstandigheden.Kierdorf and Prinz, J Clin Invest. 2017;127(9): 3201–09. . Microgliacellen monitoren ook voortdurend neuronale functies via direct somatisch contact via hun microgliale uitlopers en oefenen neuroprotectieve effecten uit wanneer nodig.
De hersenen en het ruggenmerg staan normaliter niet bloot aan pathogenen in de bloedsomloop vanwege de bloed-hersenbarrière. Wanneer ziekteverwekkers rechtstreeks in de hersenen worden geïntroduceerd of toch de bloed-hersenbarrière passeren, moet de microgliacel onmiddellijk reageren om ontstekingen te voorkomen en de pathogenen te vernietigen voordat ze het hersenweefsel beschadigen. Door het ontbreken van antilichamen uit de rest van het lichaam (weinig antilichamen zijn klein genoeg om de bloed-hersenbarrière te passeren), moeten microgliacellen zelf lichaamsvreemde stoffen kunnen herkennen en fungeren als antigeen-presenterende cellen die T-cellen activeren.
Vormen thumb|Microgliacellen van ratten, gekweekt in celcultuur (groen), samen met zenuwvezeluitlopers (rood). thumb|Microgliacellen in de moleculaire laag van de kleine hersenen van ratten (rood), gekleurd met antilichaam tegen IBA1/AIF1. Bergmann gliaceluitlopers (groen), DNA (blauw). Microgliacellen zijn extreem plastisch en ondergaan een verscheidenheid aan structurele veranderingen op basis van locatie en systeembehoeften. Deze mate van plasticiteit is nodig om de grote verscheidenheid aan functies die microgliacellen uitvoeren te vervullen. Het vermogen tot transformatie onderscheidt microgliacellen van macrofagen, die regelmatig vervangen moeten worden, en stelt hen in staat het centrale zenuwstelsel op zeer korte termijn te verdedigen zonder immunologische verstoring te veroorzaken. Microgliacellen nemen een specifieke vorm, of fenotype, aan als reactie op de lokale omstandigheden en chemische signalen die ze hebben gedetecteerd. Er is ook aangetoond dat weefselbeschadigingsgerelateerde ATP-signalering een cruciale rol speelt in de fenotypische transformatie van microgliacellen.
Wijdvertakt Deze vorm van microgliacellen wordt vaak aangetroffen op specifieke locaties in de hersenen en het ruggenmerg, in afwezigheid van vreemd materiaal of stervende cellen. Deze "rustende" vorm van microgliacellen bestaat uit lange vertakkende uitlopers en een klein perikaryon. In tegenstelling tot de amoeboïde vormen van microgliacellen blijft het cellichaam van de vertakte vorm op zijn plaats, terwijl de vertakkingen constant bewegen en de omgeving aftasten. De vertakkingen zijn zeer gevoelig voor kleine veranderingen in de fysiologische toestand en vereisen zeer specifieke kweekomstandigheden om in vitro te kunnen worden waargenomen.
In tegenstelling tot geactiveerde of amoeboïde microgliacellen fagocyteren vertakte microgliacellen geen cellen en scheiden ze minder immunomoleculen af (waaronder de MHC klasse I/II-eiwitten). Microgliacellen in deze toestand zijn in staat om immuunbedreigingen op te sporen en te identificeren, terwijl ze de homeostase in het centrale zenuwstelsel handhaven. Hoewel dit als de rusttoestand wordt beschouwd, zijn microgliacellen in deze vorm nog steeds zeer actief in het chemisch aftasten van de omgeving. Vertakte microgliacellen kunnen op elk moment in de geactiveerde vorm worden omgezet als reactie op letsel of een bedreiging.
Reactief (geactiveerd) Hoewel historisch gezien vaak gebruikt, zou de term "geactiveerde" microgliacellen vervangen moeten worden door "reactieve" microgliacellen. Schijnbaar rustende microgliacellen zijn immers niet verstoken van actieve functies en de term "activering" is misleidend, omdat deze de indruk wekt van een "alles of niets"-polarisatie van celreactiviteit. De marker Iba1, die verhoogd tot expressie komt in reactieve microgliacellen, wordt vaak gebruikt om deze cellen te visualiseren.
Niet-fagocytisch Deze toestand maakt eigenlijk deel uit van een trapsgewijze respons waarbij microgliacellen overgaan van hun vertakte vorm naar hun volledig actieve fagocytische vorm. Microgliacellen kunnen geactiveerd worden door verschillende factoren, waaronder: pro-inflammatoire cytokines, celnecrosefactoren, lipopolysaccharide en veranderingen in extracellulair kalium (indicatief voor kapotte cellen). Eenmaal geactiveerd ondergaan de cellen verschillende belangrijke morfologische veranderingen, waaronder de verdikking en het terugtrekken van vertakkingen, de opname van MHC klasse I/II-eiwitten, de expressie van immunomoleculen, de secretie van cytotoxische factoren, de secretie van rekruteringsmoleculen en de secretie van pro-inflammatoire signaalmoleculen (wat resulteert in een pro-inflammatoire signaalcascade). Geactiveerde niet-fagocyterende microgliacellen verschijnen over het algemeen als "struikvormig", "staafvormig" of als kleine amoeboïden, afhankelijk van hoe ver ze zich bevinden op het continuüm van vertakte tot volledig fagocyterende transformatie. Daarnaast ondergaan de microgliacellen ook een snelle proliferatie om hun aantal te vergroten. Vanuit een strikt morfologisch perspectief is de variatie in microgliale vorm langs het continuüm geassocieerd met veranderende morfologische complexiteit en kan deze worden gekwantificeerd met behulp van de methoden van fractale analyse, die gevoelig zijn gebleken voor zelfs subtiele, visueel ondetecteerbare veranderingen die verband houden met verschillende morfologische vormen in verschillende pathologische toestanden.
Fagocytisch thumb|upright=0.5|Amoeboïde vorm van twee microgliacellen met lamellipodién. Geactiveerde fagocytische microgliacellen zijn de meest immuunresponsieve vorm van microgliacellen. Deze cellen hebben over het algemeen een grote, amoeboïde vorm, hoewel er enige variatie is waargenomen. Naast de antigeenpresenterende, cytotoxische en ontstekingsbevorderende signalering van geactiveerde niet-fagocytische microgliacellen, zijn ze ook in staat om vreemd materiaal te fagocyteren en de resulterende immunomoleculen te presenteren voor T-celactivering. Fagocytische microgliacellen migreren naar de plaats van de verwonding, omsluiten het schadelijke materiaal en scheiden pro-inflammatoire factoren af om de proliferatie van meer cellen te bevorderen en hetzelfde te laten doen. Geactiveerde fagocytische microgliacellen werken ook samen met astrocyten en zenuwcellen om infecties of ontstekingen zo snel mogelijk te bestrijden met minimale schade aan gezonde hersencellen.
Amoeboïde Wanneer microgliacellen "geactiveerd" zijn, veranderen ze hun morfologie (normaal gesproken vertakt) en krijgen ze een amoeboïde uiterlijk door de vorming van lamellipodiën (uitlopers). Deze vorm maakt vrije beweging van de microgliacellen door het neurale weefsel mogelijk, waardoor ze hun rol als opruimcel kunnen vervullen. Amoeboïde microgliacellen kunnen celresten fagocyteren, maar vervullen niet dezelfde antigeenpresenterende en ontstekingsfuncties als geactiveerde microgliacellen. Amoeboïde microgliacellen komen vooral veel voor tijdens de ontwikkeling van de hersenen en het vernieuwen van de verbindingen in de hersenen, wanneer er grote hoeveelheden extracellulaire celresten en apoptotische cellen moeten worden verwijderd. Deze vorm van de microgliacel wordt voornamelijk aangetroffen in de perinatale witte stofgebieden in het corpus callosum, bekend als de "fonteinen van microglia".
Perivasculair In tegenstelling tot de andere hierboven genoemde typen microgliacellen, verwijst "perivasculaire" microgliacel naar de locatie van de cel, en niet naar de vorm/functie ervan. Perivasculaire microgliacellen worden echter vaak verward met perivasculaire macrofagen (PVM's), die ingekapseld zijn in de wanden van het basaal membraan. Daarom moet zorgvuldig worden vastgesteld naar welke van deze twee celtypen de auteurs van publicaties verwijzen. PVM's worden, in tegenstelling tot normale microgliacellen, regelmatig vervangen door uit het beenmerg afkomstige voorlopercellen en brengen MHC-II-antigenen tot expressie, ongeacht hun omgeving.
Functies thumb|Activering van microgliacellen via purinerge signalering. Purinerge signalering is een vorm van extracellulaire signalering die wordt gemedieerd door purinenucleotiden en nucleosiden zoals adenosine en ATP. thumb|Gittercellen (blauwe pijlen) bij Cryptococcus neoformans infectie Microgliacellen vervullen een verscheidenheid aan taken binnen het centrale zenuwstelsel, voornamelijk gerelateerd aan zowel de immuunrespons als het handhaven van de homeostase. Hieronder volgen enkele van de belangrijkste bekende functies die door deze cellen worden uitgevoerd.
Opruimen Naast hun grote gevoeligheid voor kleine veranderingen in hun omgeving, controleren microgliacellen ook regelmatig hun domein. Deze actie wordt uitgevoerd in de ameboïde en rusttoestand via zeer beweeglijke microgliale uitlopers. Als een microgliacel tijdens het bewegen door zijn gebied vreemd materiaal, beschadigde cellen, apoptotische cellen, neurofibrillaire klopen, DNA-fragmenten of plaques aantreft, zal hij het materiaal of de cel activeren en fagocyteren. Op deze manier fungeren microgliacellen ook als "huismeesters" die willekeurig celafval opruimen. Tijdens de prenatale ontwikkeling van de hersenen spelen microgliacellen een rol bij het reguleren van het aantal neurale voorlopercellen en het verwijderen van apoptotische neuronen. Er is ook bewijs dat microgliacellen de synaptische circuits kunnen verfijnen door synapsen te omhullen en te elimineren. Na de ontwikkeling wordt het merendeel van de dode of apoptotische cellen aangetroffen in de hersenschors en de subcorticale witte stof. Dit kan verklaren waarom het merendeel van de ameboïde microgliacellen zich in de "fonteinen van microglia" in de hersenschors bevindt.
Fagocytose De belangrijkste rol van microgliacellen, fagocytose, omvat het omsluiten van verschillende materialen. In de niet-ontstoken toestand bestaan de omsloten materialen over het algemeen uit celresten, lipiden en apoptotische cellen, en in de ontstoken toestand uit binnendringende virussen, bacteriën, schimmels of andere vreemde materialen. Zodra de microgliacel "vol" is, stopt de fagocytische activiteit en verandert deze in een relatief niet-reactieve microgliacel (gittercel).
Extracellulaire signalering