Нейроиммунология - Neuroimmunology

«Нейроиммуномодуляция» перенаправляется сюда. Для журнала см. Нейроиммуномодуляция (журнал).

Нейроиммунология это поле, объединяющее нейробиология, изучение нервная система, и иммунология, изучение иммунная система. Нейроиммунологи стремятся лучше понять взаимодействия этих двух сложных систем в процессе развития, гомеостаз, и реакция на травмы. Долгосрочная цель этой быстро развивающейся области исследований - дальнейшее развитие нашего понимания патологии определенных неврологических заболеваний. болезни, некоторые из которых не имеют четких этиология. Таким образом, нейроиммунология способствует разработке новых фармакологических методов лечения ряда неврологических состояний. Многие типы взаимодействий вовлекают как нервную, так и иммунную системы, включая физиологический функционирование двух систем в здоровье и болезнь, нарушение работы одной или обеих систем, приводящее к нарушениям, а также физические, химические и экологические стрессоры, которые ежедневно влияют на эти две системы.

Фон

Нейронные цели, которые контролируют термогенез, поведение, спать, и настроение могут влиять провоспалительные цитокины которые выпускаются активированным макрофаги и моноциты во время заражения. В рамках Центральная нервная система выработка цитокинов была обнаружена в результате травмы головного мозга во время популярный и бактериальный инфекции, и в нейродегенеративный процессы.

Из Национального института здоровья США:[1]

"Несмотря на мозг статуса иммунного привилегированного сайта, между нервными и иммунная система как в здоровье, так и в болезни. Иммунные клетки и нейроиммунные молекулы, такие как цитокины, хемокины, а факторы роста модулируют функцию мозга посредством множества сигнальных путей на протяжении всей жизни. Иммунологические, физиологические и психологические факторы стресса задействуют цитокины и другие иммунные молекулы как медиаторы взаимодействия с нейроэндокринный, нейропептид и нейротрансмиттер системы. Например, уровни цитокинов в мозге повышаются после воздействия стресса, в то время как лечение, предназначенное для облегчения стресс обратить этот эффект вспять.

«Было показано, что нейровоспаление и нейроиммунная активация играют роль в этиологии различных неврологических расстройств, таких как инсульт, болезнь Паркинсона и Болезнь Альцгеймера болезнь, рассеянный склероз, боль, и связанные со СПИДом слабоумие. Тем не мение, цитокины и хемокины также модулируют функцию ЦНС при отсутствии явных иммунологических, физиологических или психологических проблем. Например, цитокины и ингибиторы рецепторов цитокинов влияют на когнитивные и эмоциональные процессы. Недавние данные свидетельствуют о том, что иммунные молекулы по-разному модулируют системы мозга на протяжении жизни. Цитокины и хемокины регулируют нейротрофины и другие молекулы, имеющие решающее значение для процессов развития нервной системы, и воздействие определенных нейроиммунных проблем в раннем возрасте влияет на развитие мозга. У взрослых цитокины и хемокины влияют на синаптический пластичность и другие текущие нейронные процессы, которые могут измениться при старении мозга. Наконец, взаимодействие иммунных молекул с гипоталамо-гипофизарно-гонадной системой указывает на то, что половые различия являются важным фактором, определяющим влияние нейроиммунных влияний на функцию и поведение мозга ».

Недавние исследования показывают, что сокращение популяции лимфоцитов может ухудшить познавательную способность у мышей, а восстановление лимфоцитов восстанавливает когнитивные способности.[2]

Эпигенетика

Обзор

Эпигенетический медицина охватывает новую отрасль нейроиммунологии, которая изучает мозг и поведение, и дает представление о механизмах, лежащих в основе развитие мозга, эволюция, нейронный пластичность и гомеостаз сети, старение, то этиология разнообразных неврологические заболевания и нейронные регенеративные процессы. Это ведет к открытию факторов стресса окружающей среды, которые определяют начало конкретных неврологических расстройств и конкретных заболеваний. биомаркеры. Цель состоит в том, чтобы «способствовать ускоренному восстановлению нарушенных и, казалось бы, безвозвратно утраченных когнитивных, поведенческих и сенсомоторных функций посредством эпигенетического перепрограммирования эндогенный региональная нейронная стволовые клетки ".[3]

Судьба нервных стволовых клеток

Несколько исследований показали, что регуляция поддержания стволовых клеток и последующее определение судьбы довольно сложны. Сложность определения судьбы стволовых клеток может быть лучше всего понятна, зная «схемы, используемые для управления поддержанием стволовых клеток и прогрессивными решениями судьбы нервных клеток».[4] Решения нервной судьбы включают использование множественных сигнальных путей нейротрансмиттеров наряду с использованием эпигенетических регуляторов. Развитие дифференцировки нейрональных стволовых клеток и принятие решений о судьбе глии должно быть организовано своевременно, чтобы определить спецификацию подтипа и последующие процессы созревания, включая миелинизацию.[5]

Расстройства нервного развития

Расстройства нервного развития возникают в результате нарушения роста и развития мозга и нервной системы и приводят ко многим нарушениям. Примеры этих расстройств включают: синдром Аспергера, травматическое повреждение мозга, коммуникация, нарушения речи и языка, генетические нарушения, такие как синдром ломкой Х-хромосомы, Синдром Дауна, эпилепсия, и алкогольный синдром плода. Исследования показали, что расстройства аутистического спектра (РАС) могут проявляться из-за основных нарушений эпигенетической регуляции.[6] Другие нейроиммунологические исследования показали, что нарушение регуляции коррелированных эпигенетических процессов при РАС может изменять экспрессию генов и функцию мозга, не вызывая классических генетических повреждений, которые легче отнести к причинно-следственной связи.[7] Эти открытия являются одними из многочисленных недавних открытий в ранее неизвестных областях неправильной экспрессии генов.

Нейродегенеративные расстройства

Все больше данных свидетельствует о том, что нейродегенеративные заболевания опосредованы ошибочными эпигенетическими механизмами. Нейродегенеративные заболевания включают: болезнь Хантингтона и Болезнь Альцгеймера. Нейроиммунологические исследования этих заболеваний дали доказательства, включая отсутствие простых менделевских паттернов наследования, глобальную дисрегуляцию транскрипции, множественные типы патогенных Изменения РНК и многое другое.[8] В одном из экспериментов лечение болезни Хантингтона гистоновыми деацетилазами (HDAC), ферментом, удаляющим ацетильные группы из лизина, и связывающими ДНК / РНК антрацилинами, которые влияют на позиционирование нуклеосом, показало положительное влияние на поведенческие показатели, нейрозащиту, ремоделирование нуклеосом, и ассоциированная динамика хроматина.[9] Еще одно новое открытие нейродегенеративных заболеваний связано с избыточной экспрессией HDAC6, подавляющей нейродегенеративный фенотип, связанный с патологией болезни Альцгеймера на связанных животных моделях.[10] Другие открытия показывают, что дополнительные механизмы ответственны за «лежащую в основе транскрипционную и посттранскрипционную дисрегуляцию и сложные аномалии хроматина при болезни Хантингтона».[11]

Нейроиммунологические расстройства

Нервная и иммунная системы имеют множество взаимодействий, определяющих общее состояние здоровья организма. Нервная система находится под постоянным контролем со стороны адаптивный и врожденная иммунная система. На протяжении всего развития и взрослой жизни иммунная система обнаруживает и реагирует на изменения в личность ячейки и нейронная связь.[12] Нарушение регуляции как адаптивных, так и приобретенных иммунных ответов, нарушение перекрестных помех между этими двумя системами, а также изменения в развертывании механизмов врожденного иммунитета могут предрасполагать Центральная нервная система (ЦНС) на аутоиммунитет и нейродегенерацию.[13] Другие данные показали, что развитие и развертывание врожденной и приобретенной иммунной систем в ответ на стрессоры на функциональную целостность клеточного и системного уровня и эволюцию аутоиммунитета опосредуются: эпигенетические механизмы.[14] Аутоиммунитет все чаще связывают с целенаправленной дерегуляцией эпигенетических механизмов, и поэтому использование эпигенетических терапевтических агентов может помочь обратить вспять сложные патогенные процессы.[15] Рассеянный склероз (РС) - это один из типов нейроиммунологического заболевания, которым страдают многие люди. РС проявляется воспалением ЦНС, иммуноопосредованной демиелинизацией и нейродегенерацией.

Миалгический энцефаломиелит (также известный как Синдром хронической усталости ), является мультисистемным заболеванием, которое вызывает дисфункцию неврологической, иммунной, эндокринной систем и систем метаболизма энергии. Хотя у многих пациентов наблюдается нейроиммунологическая дегенерация, правильные корни ME / CFS неизвестны. Симптомы ME / CFS включают значительно сниженную способность участвовать в обычных занятиях, стоять или сидеть прямо, неспособность говорить, проблемы со сном, чрезмерную чувствительность к свету, звуку или прикосновениям и / или проблемы с мышлением и памятью (нарушение когнитивного функционирования). Другие общие симптомы - боль в мышцах или суставах, больное горло или же ночные поты. Лечения нет, но симптомы можно лечить. Пациенты, чувствительные к плесень может улучшить симптомы после переезда в более сухие районы. У некоторых пациентов в целом МЭ менее тяжелая, тогда как другие могут быть прикованы к постели на всю жизнь.[16]

Основные темы исследования

Взаимодействие ЦНС и иммунной системы достаточно хорошо известно. Было обнаружено, что индуцированная ожогом дисфункция органов с использованием стимуляции блуждающего нерва снижает уровни цитокинов в органах и сыворотке крови. Ожоги обычно вызывают генерацию абактериальных цитокинов и, возможно, парасимпатическая стимуляция после ожогов уменьшит генерацию кардиодепрессивных медиаторов. Несколько групп представили экспериментальные доказательства, подтверждающие, что продукция провоспалительных цитокинов является центральным элементом стрессовой реакции, вызванной ожогами.[17] Еще другие группы показали, что передача сигналов блуждающим нервом оказывает заметное влияние на различные воспалительные патологии. Эти исследования заложили основу для изучения того, что стимуляция блуждающего нерва может влиять на иммунологические реакции после ожога и, таким образом, в конечном итоге может использоваться для ограничения повреждения органов и отказа от стресса, вызванного ожогами.

Базовые представления о нейроиммунологических заболеваниях значительно изменились за последние десять лет. Новые данные, расширяющие понимание новых концепций лечения, были получены для большого числа нейроиммунологических заболеваний, не более чем рассеянного склероза, поскольку в последнее время были предприняты многочисленные усилия для выяснения сложности патомеханизмов этого заболевания. Накапливающиеся данные исследований на животных позволяют предположить, что некоторые аспекты депрессии и утомляемости при РС могут быть связаны с маркерами воспаления.[18] Исследования показали, что Toll-подобный рецептор (TLR4) критически участвует в нейровоспалении и рекрутировании Т-клеток в мозг, способствуя обострению повреждения мозга.[19] Исследования связи между обонянием, депрессивным поведением и аутоиммунитетом привели к интересным открытиям, в том числе к фактам, что воспаление является обычным явлением для всех проанализированных заболеваний, депрессивные симптомы появляются на ранней стадии развития большинства заболеваний, нарушение обоняния также проявляется на ранней стадии. развитие неврологических состояний, и все заболевания затрагивают миндалину и гиппокамп. Лучшее понимание того, как функционирует иммунная система и какие факторы способствуют ответной реакции, тщательно исследуется наряду с вышеупомянутыми совпадениями.

Нейроиммунология также является важной темой, которую следует учитывать при разработке нейронных имплантатов. Нервные имплантаты используются для лечения многих заболеваний, и важно, чтобы их конструкция и химия поверхности не вызывают иммунного ответа.

Будущие направления

Нервная система и иммунная система требуют соответствующей степени клеточной дифференциации, организационной целостности и взаимодействия нейронных сетей. Эти функциональные особенности мозга и нервной системы могут затруднить воспроизведение сигналов в сценариях с тяжелыми заболеваниями. В настоящее время существует три класса терапии, которые использовались как в моделях болезней на животных, так и в клинических испытаниях на людях. Эти три класса включают ингибиторы метилирования ДНК, ингибиторы HDAC и подходы на основе РНК. Ингибиторы метилирования ДНК используются для активации ранее заглушенных генов. HDAC - это класс ферментов, которые имеют широкий набор биохимических модификаций и могут влиять на деметилирование ДНК и синергизм с другими терапевтическими агентами. Окончательная терапия включает использование подходов на основе РНК для повышения стабильности, специфичности и эффективности, особенно при заболеваниях, вызванных изменениями РНК. Новые концепции, касающиеся сложности и универсальности эпигенома, могут указывать на способы воздействия на клеточные процессы в масштабе всего генома. Другие исследования предполагают, что возможные мишени семенных регуляторов могут быть идентифицированы, что позволяет вносить изменения в массивное эпигенетическое репрограммирование во время гаметогенеза. Многие будущие методы лечения могут выходить за рамки чисто терапевтических и их можно предотвратить, возможно, с помощью вакцины. Новые высокопроизводительные технологии в сочетании с достижениями в методах визуализации, такими как оптические нанотехнологии in vivo, могут дать начало еще большему знанию геномной архитектуры, ядерной организации и взаимодействия между иммунной и нервной системами.[20]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Функциональные связи между иммунной системой, функцией мозга и поведением
  2. ^ Кипнис Дж., Дереки NC, Ян С., Скрэйбл Х. (октябрь 2008 г.). «Иммунитет и когнитивные способности: что общего между возрастной деменцией, ВИЧ-деменцией и« химиотерапией »?». Тенденции Иммунол. 29 (10): 455–63. Дои:10.1016 / j.it.2008.07.007. PMID  18789764.
  3. ^ Абдолмалеки Х.М .; Thiagalingam S .; Уилкокс М. (2005). «Генетика и эпигенетика основных психических расстройств: дилеммы, достижения, приложения и перспективы на будущее». Американский журнал фармакогеномики. 5 (3): 149–160. Дои:10.2165/00129785-200505030-00002. PMID  15952869.
  4. ^ Diamandis P .; Wildenhain J .; Clarke I.D .; Захер А.Г .; Грэм Дж .; Сильфон D.S .; Ling E.K .; Ward R.J .; Jamieson L.G .; и другие. (2007). «Химическая генетика выявляет сложное функциональное основное состояние нервных стволовых клеток. Nat». Chem. Биол. 3 (5): 268–273. Дои:10.1038 / nchembio873. PMID  17417631.
  5. ^ Шен С .; Casaccia-Bonnefil P. (2007). «Посттрансляционные модификации нуклеосомных гистонов в клетках линии олигодендроцитов в процессе развития и болезни». Журнал молекулярной неврологии. 35 (1): 13–22. Дои:10.1007 / s12031-007-9014-х. ЧВК  2323904. PMID  17999198.
  6. ^ Герберт М.; Russo J.P .; Ян С .; Рухи Дж .; Blaxill M .; Kahler S.G .; Cremer L .; Хэтчвелл Э. (2006). «Аутизм и экологическая геномика». Нейротоксикология. 27 (5): 671–684. Дои:10.1016 / j.neuro.2006.03.017. PMID  16644012.
  7. ^ Badcock C .; Креспи Б. (2006). «Несбалансированный геномный импринтинг в развитии мозга: эволюционная основа этиологии аутизма». Журнал эволюционной биологии. 19 (4): 1007–1032. Дои:10.1111 / j.1420-9101.2006.01091.x. PMID  16780503.
  8. ^ Greene L.A .; Liu D.X .; Troy C.M .; Бисвас С.С. (2007). «Молекулы клеточного цикла определяют путь, необходимый для гибели нейронов в процессе развития и болезни». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярная основа болезни. 1772 (4): 392–401. Дои:10.1016 / j.bbadis.2006.12.003. ЧВК  1885990. PMID  17229557.
  9. ^ Ремень.; Зукин Р.С. (2008). «Эпигенетические мишени ингибирования HDAC при нейродегенеративных и психических расстройствах». Текущее мнение в фармакологии. 8 (1): 57–64. Дои:10.1016 / j.coph.2007.12.002. ЧВК  2405764. PMID  18206423.
  10. ^ Пандей У.Б .; Nie Z .; Batlevi Y .; McCray B.A .; Ритсон Г.П .; Недельский Н.Б .; Schwartz S.L .; ДиПросперо Н.А .; Knight M.A .; и другие. (2007). «HDAC6 спасает нейродегенерацию и обеспечивает важную связь между аутофагией и ИБП». Природа. 447 (7146): 859–863. Дои:10.1038 / природа05853. PMID  17568747.
  11. ^ Баллас Н .; Мандель Г. (2005). «Многоликость REST контролирует эпигенетическое программирование нейронных генов». Текущее мнение в нейробиологии. 15 (5): 500–506. Дои:10.1016 / j.conb.2005.08.015. PMID  16150588.
  12. ^ Бейли, С.Л., Карпентье, П.А., МакМэхон, Э.Дж., Беголка, В.С., Миллер, С.Д., 2006. Врожденные и адаптивные иммунные ответы центральной нервной системы. Критические обзоры в иммунологии. 26, 149–188.
  13. ^ Hauser S.L .; Оксенберг Дж. Р. (2006). «Нейробиология рассеянного склероза: гены, воспаление и нейродегенерация». Нейрон. 52 (1): 61–76. Дои:10.1016 / j.neuron.2006.09.011. PMID  17015227.
  14. ^ Савальха А.Х. (2008). «Эпигенетика и Т-клеточный иммунитет». Аутоиммунитет. 41 (4): 245–252. Дои:10.1080/08916930802024145. PMID  18432405.
  15. ^ Грей, С.Г., Дангонд, Ф., 2006. Обоснование использования гистона. деацетилаза ингибиторы как двойное терапевтическое средство при рассеянном склерозе. Эпигенетика 1, 67–75.
  16. ^ "ЧТО Я?". MEAction. Получено 21 августа 2018.
  17. ^ Oke S.L .; Трейси К.Дж. (2008). «От CNI-1493 к иммунологическому гомункулу: физиология воспалительного рефлекса». Журнал биологии лейкоцитов. 83 (3): 512–517. Дои:10.1189 / jlb.0607363. PMID  18065685.
  18. ^ Голд, Стефан М., Ирвин, Майкл Р., 2009. Депрессия и иммунитет: воспаление и депрессивные симптомы при рассеянном склерозе. 29, 309.
  19. ^ Гайквад, Сагар; Агравал-Раджпут, Рина (01.01.2015). «Липополисахарид из Rhodobacter sphaeroides ослабляет опосредованное микроглией воспаление и фагоцитоз и направляет регуляторный Т-клеточный ответ». Международный журнал воспаления. 2015: 361326. Дои:10.1155/2015/361326. ISSN  2090-8040. ЧВК  4589630. PMID  26457222.
  20. ^ Rauch J .; Knoch T.A .; Соловей I .; Теллер К .; Stein S .; Buiting K .; Horsthemke B .; Langowski J .; Cremer T .; и другие. (2008). «Светооптические прецизионные измерения активных и неактивных импринтированных областей синдрома Прадера – Вилли в ядрах клеток человека». Дифференциация. 76 (1): 66–82. Дои:10.1111 / j.1432-0436.2007.00237.x. PMID  18039333.

дальнейшее чтение

  • Szentivanyi A, Berczi I (2003). Иммунно-нейроэндокринная схема, Том 3: История и прогресс (нейроиммунная биология). Амстердам: Elsevier Science. ISBN  0-444-50851-1.
    (Написано для высокотехнологичного читателя)
  • Психологическая медицина: обзор, Национальные институты здравоохранения США, Центр дополнительного и комплексного здоровья
  • Коэн Н., Адер Р., Фелтон Д. (2001). Психонейроиммунология (3-е изд.). Бостон: Academic Press. ISBN  0-12-044314-7.
  • Виссер А., Гудкин К. (редакторы) (2000). Психонейроиммунология: стресс, психические расстройства и здоровье. Вашингтон, округ Колумбия: American Psychiatric Press. ISBN  0-88048-171-4.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)
    технический.
  • Рансохофф RM (редактор) (2002). Вселенные в тонком балансе: хемокины и нервная система. Амстердам: Эльзевир. ISBN  0-444-51002-8.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)
  • Штернберг Е.М. (7 мая 2001 г.). Внутренний баланс: наука, соединяющая здоровье и эмоции. Сан-Франциско: В. Х. Фриман. ISBN  0-7167-4445-7.
    (Написано для широкой публики)
  • Millington G, Buckingham JC (май 1992 г.). «Пептиды тимуса и нейроэндокринно-иммунная связь». J. Эндокринол. 133 (2): 163–8. Дои:10.1677 / joe.0.1330163. PMID  1613418.

внешняя ссылка