Clinical significance of nigral neuropathology in parkinsonian disorders: A comparative clinicopathological study

Abstract

Parkinson’s disease (PD) and atypical parkinsonisms are neurodegenerative disorders marked by overlapping motor symptoms such as stiffness, slow movements, and tremor, collectively termed parkinsonism. In PD, progressive degeneration of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta (SNc) leads to striatal dopamine depletion, driving the classical motor phenotype. Non motor symptoms, including cognitive decline, mood and sleep disturbances, and autonomic dysfunction, further impair quality of life. Atypical parkinsonisms, including multiple system atrophy (MSA), and progressive supranuclear palsy (PSP), share core motor features with PD but are distinguished by faster progression, poor levodopa response, and a broader neuropathology, together with severe nigral degeneration.

This thesis investigated neuroinflammation and neural density in the SNc by comparing PD with MSA and PSP. Immunohistochemial analyses, clinical features, medication, and computed tomography (CT) imaging evaluation were assessed. Brain tissue and corresponding clinical records from the University Hospital Turku (between 2002 and 2021) were examined. Tyrosine hydroxylase (TH) positive neurons were manually quantified, while neuroinflammatory cells were assessed via automated analysis.

Results revealed pronounced T cell infiltration in PSP, with elevated CD3+, CD4+, and CD8+ T cell counts relative to PD, MSA, and controls, whereas microglial activity was most pronounced in PD. Levodopa was not associated with neurotoxicity or inflammation. Moreover, depressed PD patients exhibited more severe cortical atrophy than non-depressed counterparts.

These findings support existing evidence of distinct inflammatory and neuronal signatures across the disorders, suggesting potential disease-specific mechanisms and therapeutic targets. Moreover, depression, a common non-motor symptom in PD, appears to be associated with cortical atrophy, while levodopa, the golden standard medical treatment for parkinsonian syndromes, does not affect nigral neuronal survival or neuroinflammatory activity in PD, PSP, or MSA.

<b>Mustatumakkeen neuropatologian kliininen merkitys Parkinsonin taudissa ja epätyypillisissä parkinsonismeissa</b>

Parkinsonin tauti ja epätyypilliset parkinsonismit, kuten monisysteemiatrofia (MSA) ja etenevä supranukleaarinen halvaus (PSP), ovat neurodegeneratiivisia sairauksia, joihin liittyy motorisia oireita, kuten jäykkyyttä, liikkeiden hitautta ja lepovapinaa, joita kutsutaan yhteisnimellä parkinsonismi. Parkinsonin taudissa dopaminergisten hermosolujen etenevä rappeutuminen mustatumakkeessa johtaa dopamiinin vähenemiseen aivojen tyvitumakkeissa ja klassisten motoristen oireiden kehittymiseen. Motoristen häiriöiden lisäksi potilailla esiintyy tiedonkäsittelyn heikentymistä, mielialahäiriöitä, unihäiriöitä ja autonomisen hermoston toimintahäiriöitä, jotka heikentävät merkittävästi elämänlaatua. Epätyypillisissä parkinsonismeissa motoriset oi reet ovat samankaltaisia kuin Parkinsonin taudissa, mutta sairaudet etenevät nopeammin, reagoivat heikosti levodopahoitoon ja sairauksiin liittyy laajempia neuropatologisia muutoksia, joissa mustatumakkeen rappeutuminen on voimakasta.

Tässä väitöskirjatutkimuksessa tutkittiin mustatumakkeen neuroinflammaatiota ja hermosolutiheyttä vertaamalla Parkinsonin tautia epätyypillisiin parkinsonismeihin. Menetelminä käytettiin immunohistokemiallisia analyyseja, kliinisten piirteiden ja lääkevasteen arviointia sekä tietokonetomografia (TT) kuvantamista. Aineisto koostui Turun yliopistollisen keskussairaalan neuropatologian arkistoista välillä 2002 ja 2021 kerätyistä aivoleikkeistä ja niihin liittyvistä kliinisistä potilastiedoista. Tyrosiini-hydroksylaasipositiiviset hermosolut laskettiin manuaalisesti, kun taas neuroinflammatoriset solut arvioitiin automatisoiduilla analyyseilla.

Tulokset osoittivat, että PSP:ssä T solujen (CD3+, CD4+, CD8+) määrä musta tumakkeessa oli kohonnut verrattuna Parkinsonin tautiin, MSA:han ja terveisiin verrokkeihin. Mikroglia-solujen aktiivisuus puolestaan oli korostuneinta Parkinsonin taudissa. Levodopalla ei havaittu olevan neurotoksista tai neuroinflammaatioon kohdistuvaa vaikutusta. Lisäksi masentuneilla Parkinson potilailla todettiin vahvempi kortikaalinen atrofia kuin ei-masentuneilla.