Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Система нейроиммунная представляет собой систему структур и процессов с участием биохимического и электрофизиологическое взаимодействия между нервной системой и иммунной системой , которые защищают нейроны от патогенов . Он служит для защиты нейронов от болезней, поддерживая избирательно проницаемые барьеры (например, гематоэнцефалический барьер и гематоэнцефалический барьер ), опосредуя нейровоспаление и заживление ран в поврежденных нейронах, а также мобилизуя защиту хозяина от патогенов. [2] [4] [5]

Нейроиммунная система и периферическая иммунная система структурно различаются. В отличие от периферической системы нейроиммунная система состоит в основном из глиальных клеток ; [1] [5] среди всех гемопоэтических клеток иммунной системы только тучные клетки обычно присутствуют в нейроиммунной системе. [6] Однако во время нейроиммунного ответа определенные периферические иммунные клетки способны преодолевать различные барьеры между кровью или жидкостью и мозгом, чтобы реагировать на патогены, проникшие в мозг. [2] Например, есть свидетельства того, что после повреждения макрофаги и Т-клетки иммунной системы мигрируют в спинной мозг.[7] Производство иммунных клеток системы комплемента также было зарегистрировано как производство непосредственно в центральной нервной системе. [8]

Структура [ править ]

Ключевыми клеточными компонентами нейроиммунной системы являются глиальные клетки , включая астроциты , микроглию и олигодендроциты . [1] [2] [5] В отличие от других гемопоэтических клеток периферической иммунной системы, тучные клетки естественным образом встречаются в головном мозге, где они опосредуют взаимодействия между кишечными микробами, иммунной системой и центральной нервной системой как часть микробиоты кишечника. - ось мозга . [6]

Рецепторы , связанные с G-белком , которые присутствуют как в типах клеток ЦНС, так и в иммунных клетках и отвечают за процесс нейроиммунной передачи сигналов, включают: [4]

  • Хемокиновые рецепторы: CXCR4
  • Каннабиноидные рецепторы : CB1 , CB2 , GPR55
  • Рецепторы, связанные со следами аминов : TAAR1
  • μ-опиоидные рецепторы - все подтипы

Клеточная физиология [ править ]

Нейроиммунная система и ее изучение включают понимание иммунной и неврологической систем и перекрестного регулирующего воздействия их функций. [9] Цитокины регулируют иммунные ответы, возможно, за счет активации оси гипоталамус-гипофиз-надпочечники (HPA). [ необходима медицинская ссылка ] Цитокины также участвуют в координации между нервной и иммунной системами. [10] Были зарегистрированы случаи связывания цитокинов с нервными рецепторами между высвобождающими цитокины иммунными клетками IL-1β и нервным рецептором IL-1R . [10] Это связывание приводит к электрическому импульсу, который вызывает ощущение боли. [10]Все больше данных свидетельствует о том, что аутоиммунные Т-клетки участвуют в нейрогенезе. Исследования показали, что во время адаптивного ответа иммунной системы нейрогенез гиппокампа усиливается, и, наоборот, аутоиммунные Т-клетки и микроглия важны для нейрогенеза (и, следовательно, памяти и обучения) у здоровых взрослых. [11]

Нейроиммунная система использует взаимодополняющие процессы как сенсорных нейронов, так и иммунных клеток, чтобы обнаруживать вредные или вредные раздражители и реагировать на них. [10] Например, вторгшиеся бактерии могут одновременно активировать инфламмасомы , которые обрабатывают интерлейкины ( IL-1β ), и деполяризовать сенсорные нейроны за счет секреции гемолизинов . [10] [12] Гемолизины создают поры, вызывая деполяризующее высвобождение ионов калия изнутри эукариотической клетки и приток ионов кальция. [10] Вместе это приводит к потенциалу действия в сенсорных нейронах и активации инфламмасом. [10]

Травма и некроз также вызывают нейроиммунный ответ. Высвобождение аденозинтрифосфата (АТФ) из поврежденных клеток связывается и активирует рецепторы P2X7 на макрофагах иммунной системы и рецепторы P2X3 ноцицепторов нервной системы. [10] Это вызывает комбинированный ответ как результирующего потенциала действия из-за деполяризации, создаваемой притоком ионов кальция и калия, так и активации инфламмасом. [10] Производимый потенциал действия также отвечает за ощущение боли, а иммунная система вырабатывает IL-1β в результате связывания рецептора АТФ P2X7. [10]

Хотя воспаление обычно рассматривается как иммунный ответ, существует согласованность нервных процессов, связанных с воспалительным процессом иммунной системы. После травмы или инфекции возникает каскад воспалительных реакций, таких как секреция циоткинов и хемокинов, которые сочетаются с секрецией нейропептидов (таких как вещество P ) и нейротрансмиттеров (таких как серотонин ). [7] [10] [12] Вместе этот сопряженный нейроиммунный ответ оказывает усиливающее действие на воспаление. [10]

Нейроиммунные реакции [ править ]

Взаимодействие нейрон-глиальных клеток [ править ]

Различные типы глиальных клеток, включая микроглию, астроглию и олигодендроциты.

Нейроны и глиальные клетки работают вместе, чтобы бороться с вторжением патогенов и травмами. Хемокины играют важную роль в качестве посредника между нейрон-глиальными клетками, поскольку оба типа клеток экспрессируют хемокиновые рецепторы. [7] Например, хемокин фракталкин участвует в коммуникации между микроглией и нейронами ганглия задних корешков (DRG) в спинном мозге. [13] Фракталкин был связан с повышенной чувствительностью к боли при введении in vivo и, как было обнаружено, активировал молекулы, опосредующие воспаление. [13]Глиальные клетки могут эффективно распознавать патогены как в центральной нервной системе, так и в периферических тканях. [14] Когда глиальные клетки распознают чужеродные патогены с помощью передачи сигналов цитокинов и хемокинов, они могут передавать эту информацию в ЦНС. [14] Результат - усиление депрессивных симптомов. [14] Однако хроническая активация глиальных клеток приводит к нейродегенерации и нейровоспалению . [14]

Клетки микроглии являются одними из самых известных типов глиальных клеток головного мозга. Одна из их основных функций - фагоцитоз клеточного мусора после апоптоза нейронов . [14] После апоптоза мертвые нейроны выделяют химические сигналы, которые связываются с микроглиальными клетками и заставляют их пожирать вредный мусор из окружающей нервной ткани. [14] Микроглия и система комплемента также связаны с сокращением синапсов, поскольку их секреция цитокинов, факторов роста и других комплементов способствует удалению устаревших синапсов. [14]

Астроциты - это еще один тип глиальных клеток, которые, помимо других функций, регулируют проникновение иммунных клеток в ЦНС через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). [14] Астроциты также выделяют различные цитокины и нейротрофины, которые позволяют иммунным клеткам проникать в ЦНС; эти рекрутированные иммунные клетки нацелены как на патогены, так и на поврежденную нервную ткань. [14]

Рефлексы [ править ]

Отстраненный рефлекс [ править ]

Абстинентный рефлекс

Вывод рефлекс рефлекс , который защищает организм от вредных раздражителей. [12] Этот рефлекс возникает, когда вредные раздражители активируют ноцицепторы, которые посылают потенциал действия к нервам в позвоночнике, которые затем иннервируют эффекторные мышцы и вызывают внезапный рывок, чтобы увести организм от опасных раздражителей. [10] Рефлекс отмены затрагивает как нервную, так и иммунную системы. [10] Когда потенциал действия распространяется обратно по сети спинномозговых нервов, другой импульс перемещается к периферическим сенсорным нейронам, которые секретируют аминокислоты и нейропептиды, такие как пептид, связанный с геном кальцитонина (CGRP) иВещество Р . [10] [12] Эти химические вещества действуют, увеличивая покраснение, отек поврежденных тканей и прикрепляя иммунные клетки к эндотелиальной ткани, тем самым увеличивая проницаемость иммунных клеток через капилляры . [10] [12]

Рефлекторный ответ на патогены и токсины [ править ]

Нейроиммунные взаимодействия также происходят, когда в организм проникают патогены , аллергены или токсины. [10] В блуждающего нерва соединяется с кишечника и дыхательных путей и вызывает нервные импульсы к стволе головного мозга в ответ на обнаружение токсинов и патогенов. [10] Этот электрический импульс, который идет вниз от ствола головного мозга, распространяется к клеткам слизистой оболочки и стимулирует секрецию слизи; этот импульс также может вызвать выброс токсина из-за мышечных сокращений, вызывающих рвоту или диарею. [10]

Рефлекторный ответ на паразитов [ править ]

Нейроиммунная система участвует в рефлексах, связанных с паразитарными вторжениями хозяев. Ноцицепторы также связаны с рефлексами организма на патогены, поскольку они находятся в стратегически важных местах, таких как дыхательные пути и ткани кишечника, и вызывают сокращения мышц, вызывающие расчесывание, рвоту и кашель. [10] Все эти рефлексы предназначены для изгнания болезнетворных микроорганизмов из организма. Например, расчесывание вызывается зудящими генами, которые стимулируют ноцицепторы на эпидермальных тканях. [10] Эти пруритогены, такие как гистамин , также заставляют другие иммунные клетки секретировать дополнительные пруритогены, чтобы усилить зуд, чтобы физически удалить паразитических захватчиков. [10]Что касается кишечных и бронхиальных паразитов, то рвота, кашель и диарея также могут быть вызваны стимуляцией ноцицепторов в инфицированных тканях и нервными импульсами, исходящими от ствола мозга, которые иннервируют соответствующие гладкие мышцы . [10]

Эозинофилы в ответ на капсаицин могут вызвать дополнительную сенсибилизацию к молекуле. [15] У пациентов с хроническим кашлем также наблюдается усиленный кашлевой рефлекс на патогенные микроорганизмы, даже если возбудитель уже удален. [15] В обоих случаях высвобождение эозинофилов и других иммунных молекул вызывает гиперчувствительность сенсорных нейронов в дыхательных путях бронхов, что вызывает усиление симптомов. [10] [15] Также сообщалось, что повышенная секреция нейротрофинов иммунными клетками в ответ на загрязнители и раздражители может реструктурировать периферическую сеть нервов в дыхательных путях, чтобы обеспечить более примированное состояние для сенсорных нейронов. [10]

Клиническое значение [ править ]

Было продемонстрировано, что длительный психологический стресс может быть связан с повышенным риском заражения респираторными вирусными инфекциями. Исследования на животных показывают, что психологический стресс повышает уровень глюкокортикоидов и, в конечном итоге, повышает восприимчивость к стрептококковым кожным инфекциям. [16]

Нейроиммунная система играет роль в болезни Альцгеймера . В частности, микроглия может быть защитной, способствуя фагоцитозу и удалению отложений амилоида-β (Aβ), но также становится дисфункциональной по мере прогрессирования заболевания, вырабатывая нейротоксины , прекращая очищать отложения Aβ и вырабатывая цитокины, которые дополнительно способствуют отложению Aβ. [17] Было показано, что при болезни Альцгеймера амилоид-β напрямую активирует микроглию и другие моноциты с выработкой нейротоксинов . [18]

Астроциты также участвуют в развитии рассеянного склероза (РС). Астроциты отвечают за демиелинизацию и разрушение олигодендроцитов , связанное с заболеванием. [14] Этот демиелинизирующий эффект является результатом секреции цитокинов и матриксных металлопротеиназ (ММП) из активированных клеток астроцитов на соседние нейроны. [14] Астроциты, которые остаются в активированном состоянии, образуют глиальные рубцы, которые также предотвращают повторную миелинизацию нейронов, поскольку они являются физическим препятствием для клеток-предшественников олигодендроцитов (OPC). [19]

Нейроиммунная система также участвует в возникновении астмы и хронического кашля , поскольку оба являются результатом сверхчувствительного состояния сенсорных нейронов из-за высвобождения иммунных молекул и механизмов положительной обратной связи. [15]

Доклинические и клинические исследования показали, что клеточные (микроглия / макрофаги, лейкоциты, астроциты, тучные клетки и т. Д.) И молекулярные нейроиммунные реакции способствуют вторичному повреждению головного мозга после внутримозгового кровоизлияния. [20] [21]

См. Также [ править ]

  • Центральная нервная система
  • Иммунная система
  • Иммунология
  • Неврология

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Beardsley PM, Hauser KF (2014). «Глиальные модуляторы как потенциальные методы лечения злоупотребления психостимуляторами». Новые цели и методы лечения злоупотребления психостимуляторами . Adv. Pharmacol . Успехи фармакологии. 69 . С. 1–69. DOI : 10.1016 / B978-0-12-420118-7.00001-9 . ISBN 9780124201187. PMC  4103010 . PMID  24484974 .Глия (включая астроциты, микроглию и олигодендроциты), которые составляют большинство клеток головного мозга, имеют многие из тех же рецепторов, что и нейроны, секретируют нейротрансмиттеры, нейротрофические и нейровоспалительные факторы, контролируют клиренс нейротрансмиттеров из синаптических щелей и непосредственно участвуют в синаптической пластичности. Несмотря на их распространенность и спектр функций, понимание их потенциальной общей важности было труднодостижимым с момента их идентификации в середине 1800-х годов, и лишь относительно недавно они завоевали должное уважение. Такое развитие признательности питалось растущим осознанием того, что наркотические вещества, включая психостимуляторы, влияют на глиальную активность, а глиальная активность, в свою очередь, модулирует эффекты психостимуляторов.
  2. ^ а б в г Лофтис Дж. М., Яновский А. (2014). «Нейроиммунные основы токсичности метамфетамина». Нейроиммунные сигналы при лекарствах и зависимостях . Int. Rev. Neurobiol . Международный обзор нейробиологии. 118 . С. 165–197. DOI : 10.1016 / B978-0-12-801284-0.00007-5 . ISBN 9780128012840. PMC  4418472 . PMID  25175865 . В совокупности эти патологические процессы способствуют нейротоксичности (например, повышенная проницаемость ГЭБ, воспаление, дегенерация нейронов, гибель клеток) и нейропсихиатрическим нарушениям (например, когнитивным нарушениям, расстройствам настроения).
    « Рисунок 7.1: Нейроиммунные механизмы токсичности ЦНС, вызванной метамфетамином »
  3. ^ Kaushal N, Мацумото RR (март 2011). «Роль сигма-рецепторов в нейротоксичности, вызванной метамфетамином» . Curr Neuropharmacol . 9 (1): 54–57. DOI : 10.2174 / 157015911795016930 . PMC 3137201 . PMID 21886562 .  
  4. ^ а б Роджерс TJ (2012). «Молекулярные основы передачи сигналов нейроиммунных рецепторов» . J Neuroimmune Pharmacol . 7 (4): 722–4. DOI : 10.1007 / s11481-012-9398-4 . PMC 4011130 . PMID 22935971 .  
  5. ^ a b c Gimsa U, Mitchison NA, Brunner-Weinzierl MC (2013). «Иммунная привилегия как внутреннее свойство ЦНС: астроциты защищают ЦНС от нейровоспаления, опосредованного Т-клетками» . Медиаторы Inflamm . 2013 : 1–11. DOI : 10.1155 / 2013/320519 . PMC 3760105 . PMID 24023412 .  Астроциты выполняют множество функций в центральной нервной системе (ЦНС). ... они ответственны за формирование гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) и образуют ограничители глии. Здесь мы рассматриваем их вклад в нейроиммунные взаимодействия и, в частности, на те, которые индуцируются инвазией активированных Т-клеток. ... В центральной нервной системе (ЦНС) астроциты являются наиболее многочисленными клетками.
  6. ^ a b Polyzoidis S, Koletsa T, Panagiotidou S, Ashkan K, Theoharides TC (2015). «Тучные клетки при менингиомах и воспалении головного мозга» . J Нейровоспаление . 12 (1): 170. DOI : 10,1186 / s12974-015-0388-3 . PMC 4573939 . PMID 26377554 .  MC происходят от предшественника костного мозга и впоследствии развивают различные фенотипические характеристики локально в тканях. Их спектр функций широк и включает участие в аллергических реакциях, врожденном и адаптивном иммунитете, воспалении и аутоиммунитете [34]. В головном мозге человека MC могут располагаться в различных областях, таких как гипофиз, эпифиз, постремная зона, сосудистое сплетение, таламус, гипоталамус и срединное возвышение [35]. В мозговых оболочках они обнаруживаются в слое твердой мозговой оболочки вместе с сосудами и окончаниями ноцицепторов менингеальных сосудов [36]. MC имеют отличительную особенность по сравнению с другими гематопоэтическими клетками в том, что они находятся в головном мозге [37]. MC содержат множество гранул и секретируют множество предварительно сохраненных медиаторов, таких как кортикотропин-рилизинг-гормон (CRH), нейротензин (NT),вещество P (SP), триптаза, химаза, вазоактивный кишечный пептид (VIP), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), TNF, простагландины, лейкотриены и разновидности хемокинов и цитокинов, некоторые из которых, как известно, нарушают целостность крови. мозговой барьер (ГЭБ) [38–40].

    Ключевая роль MC в воспалении [34] и нарушении ГЭБ [41–43] указывает на важность областей для новых исследований в области терапии. Все больше данных также указывает на то, что MC участвуют в нейровоспалении напрямую [44–46] и через стимуляцию микроглии [47], внося свой вклад в патогенез таких состояний, как головные боли [48] аутизм [49] и синдром хронической усталости [50]. Фактически, недавний обзор показал, что периферические воспалительные стимулы могут вызывать активацию микроглии [51], таким образом, возможно, вовлекая MC вне мозга.
  7. ^ a b c Цзи, Ру-Ронг; Сюй, Чжэнь-Чжун; Гао, Юн-Цзин (2014). «Новые цели в хронической боли, вызванной нейровоспалением» . Обзоры природы Открытие лекарств . 13 (7): 533–548. DOI : 10.1038 / nrd4334 . PMC 4228377 . PMID 24948120 .  
  8. ^ Стефан, Александр Х .; Баррес, Бен А .; Стивенс, Бет (01.01.2012). «Система комплемента: неожиданная роль в синаптическом сокращении во время развития и болезни». Ежегодный обзор неврологии . 35 (1): 369–389. DOI : 10.1146 / annurev-neuro-061010-113810 . PMID 22715882 . 
  9. ^ Брэди, Скотт Т .; Сигел, Джордж Дж. (01.01.2012). Основы нейрохимии: принципы молекулярной, клеточной и медицинской нейробиологии . Академическая пресса. ISBN 9780123749475.
  10. ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р а Q R сек т у V ш х у Talbot, Себастьена; Фостер, Симми; Вульф, Клиффорд (22 февраля 2016 г.). «Нейроиммунная физиология и патология». Ежегодный обзор неврологии . 34 : 421–47. DOI : 10,1146 / annurev-Immunol-041015-055340 . PMID 26907213 . 
  11. Перейти ↑ Ziv Y, Ron N, Butovsky O, Landa G, Sudai E, Greenberg N, Cohen H, Kipnis J, Schwartz M (2006). «Иммунные клетки способствуют поддержанию нейрогенеза и способности к пространственному обучению во взрослом возрасте». Nat. Neurosci . 9 (2): 268–75. DOI : 10.1038 / nn1629 . PMID 16415867 . S2CID 205430936 .  
  12. ^ a b c d e МакМахон, Стивен; Ла Русса, Федерика; Беннетт, Дэвид (19 июня 2015 г.). «Перекрестные помехи между ноцицептивной и иммунной системами в защите хозяина и болезни». Обзоры природы Неврология . 16 (7): 389–402. DOI : 10.1038 / nrn3946 . PMID 26087680 . S2CID 22294761 .  
  13. ^ a b Миллер, Ричард; Хосунг, Юнг; Бхангу, Соня; Флетчер, Уайт (2009). Сенсорные нервы . Гейдельберг, Германия: Springer. С. 417–449. ISBN 978-3-540-79090-7.
  14. ^ Б с д е е г ч я J K Tian, Li; Ма, Ли; Каарела, Тийна; Ли, Жилин (2 июля 2012 г.). «Нейроиммунные перекрестные помехи в центральной нервной системе и их значение для неврологических заболеваний» . Журнал нейровоспаления . 9 : 155. DOI : 10,1186 / 1742-2094-9-155 . PMC 3410819 . PMID 22747919 .  
  15. ^ a b c d Чунг, Киан (октябрь 2014 г.). «Подход к хроническому кашлю: нейропатическая основа синдрома гиперчувствительности при кашле» . Журнал торакальных болезней . 6 (Дополнение 7): S699–707. DOI : 10.3978 / j.issn.2072-1439.2014.08.41 . PMC 4222934 . PMID 25383203 .  
  16. ^ Кавли, Трупти; Он, Фанглиан; Тан, Ман-Ва (01.01.2010). «Чтобы бороться с инфекциями, нужны нервы: информация о нейроиммунных взаимодействиях от C. elegans» . Модели и механизмы заболеваний . 3 (11–12): 721–731. DOI : 10,1242 / dmm.003871 . ISSN 1754-8403 . PMC 2965399 . PMID 20829562 .   
  17. ^ Фарфара, Д .; Лифшиц, В .; Френкель, Д. (2008). «Нейропротекторные и нейротоксические свойства глиальных клеток в патогенезе болезни Альцгеймера» . Журнал клеточной и молекулярной медицины . 12 (3): 762–780. DOI : 10.1111 / j.1582-4934.2008.00314.x . ISSN 1582-1838 . PMC 4401126 . PMID 18363841 .   
  18. Перейти ↑ Hickman SE, El Khoury J (2013). «Нейроиммунная система при болезни Альцгеймера: стакан наполовину полон». J. Alzheimers Dis . 33 Приложение 1: S295–302. DOI : 10,3233 / JAD-2012-129027 . PMID 22751176 . 
  19. ^ Наир, Аджи; Фредерик, Терра; Миллер, Стивен (сентябрь 2008 г.). «Астроциты при рассеянном склерозе: продукт окружающей среды» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 65 (17): 2702–20. DOI : 10.1007 / s00018-008-8059-5 . PMC 2858316 . PMID 18516496 .  
  20. Ren H, Han R, Chen X, Liu X, Wan J, Wang L, Yang X, Wang J (май 2020 г.). «Возможные терапевтические цели для воспаления, связанного с внутримозговым кровоизлиянием: обновление» . J Cereb Blood Flow Metab . 40 (9): 1752–1768. DOI : 10.1177 / 0271678X20923551 . PMC 7446569 . PMID 32423330 .  
  21. ^ Zhu H, Wang Z, Yu J, Yang X, He F, Liu Z, Che F, Chen X, Ren H, Hong M, Wang J (март 2019). «Роль и механизмы цитокинов при вторичном повреждении головного мозга после внутримозгового кровоизлияния». Прог. Neurobiol . 178 : 101610. дои : 10.1016 / j.pneurobio.2019.03.003 . PMID 30923023 . S2CID 85495400 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Икезу, Цунейя; Гендельман, Ховард Э. (21 марта 2008 г.). Нейроиммунная фармакология . Springer Science & Business Media. ISBN 9780387725734.

Внешние ссылки [ править ]

  • Рисунок 7.1: Нейроиммунные механизмы токсичности ЦНС, вызванной метамфетамином