Нейроиммунная система - Neuroimmune system

Нейроиммунная система
Обзор Glial ntox.jpg
На этой диаграмме изображены нейроиммунные механизмы, которые опосредуют индуцированную метамфетамином нейродегенерацию в человеческом мозге. NF-kB -опосредованной нейроиммунных ответ на использование метамфетамина , который приводит к повышенной проницаемости гематоэнцефалического барьера возникает за счет его связывания при активации и сигма-1 рецепторов , увеличением производства активных форм кислорода (ROS), реактивных форм азота (РНС) и молекулы повреждают-ассоциированные молекулярные модели (DAMPS), то нарушение регуляции глутаматных транспортеров ( в частности, EAAT1 и EAAT2 ) и метаболизма глюкозы , а также чрезмерного притока кальция в глиальных клетках и дофаминовых нейронов .
Подробности
Система Нейроиммунный
Идентификаторы
MeSH D015213
Анатомическая терминология

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 спинномозговой жидкости ), опосредуя нейровоспаление и заживление ран в поврежденных нейронах, а также мобилизуя защиту хозяина от патогенов.

Нейроиммунная система и периферическая иммунная система структурно различаются. В отличие от периферической системы нейроиммунная система состоит в основном из глиальных клеток ; Среди всех кроветворных клеток иммунной системы только тучные клетки обычно присутствуют в нейроиммунной системе. 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. Например, есть свидетельства того, что после травмы макрофаги и Т-клетки иммунной системы мигрируют в спинной мозг. Также было зарегистрировано, что производство иммунных клеток системы комплемента создается непосредственно в центральной нервной системе.

Состав

Ключевыми клеточными компонентами нейроиммунной системы являются глиальные клетки , включая астроциты , микроглию и олигодендроциты . В отличие от других кроветворных 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 оси микробиота-кишечник-мозг .

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

Клеточная физиология

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

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

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

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

Нейроиммунные реакции

Взаимодействие нейрон-глиальных клеток

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 нейронно-глиальными клетками, поскольку оба типа клеток экспрессируют хемокиновые рецепторы. Например, хемокин фракталкин участвует в коммуникации между микроглией и нейронами ганглия задних корешков (DRG) в спинном мозге. Фракталкин был связан с повышенной чувствительностью к боли при введении in vivo , и было обнаружено, что он активирует молекулы, опосредующие воспаление. Глиальные клетки могут эффективно распознавать патогены как в центральной нервной системе, так и в периферических тканях. Когда глиальные клетки распознают чужеродные патогены с помощью передачи сигналов цитокинов и хемокинов, они могут передавать эту информацию в ЦНС. Результат - усиление депрессивных симптомов. Однако хроническая активация глиальных клеток приводит к нейродегенерации и нейровоспалению .

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

Астроциты - это еще один тип глиальных клеток, которые, помимо других функций, модулируют проникновение иммунных клеток в ЦНС через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). 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.

Рефлексы

Абстинентный рефлекс

Абстинентный рефлекс

Вывод рефлекс рефлекс , который защищает организм от вредных раздражителей. Этот рефлекс возникает, когда ядовитые стимулы активируют ноцицепторы, которые посылают потенциал действия на нервы в позвоночнике, которые затем иннервируют эффекторные мышцы и вызывают внезапный рывок, уводящий организм от опасных стимулов. Рефлекс отмены затрагивает как нервную, так и иммунную системы. Когда потенциал действия перемещается обратно вниз по спинному сети нерва, другой импульс перемещает к периферической сенсорной нейроны , которые выделяют аминокислоты и нейропептиды , такие как кальцитонин ген-родственный пептид (CGRP) и вещество P . Эти химические вещества действуют путем увеличения покраснения, отека поврежденных тканей и прикрепления иммунных клеток к эндотелиальной ткани, тем самым увеличивая проницаемость иммунных клеток через капилляры .

Рефлекторный ответ на патогены и токсины

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

Рефлекторный ответ на паразитов

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. Все эти рефлексы предназначены для изгнания болезнетворных микроорганизмов из организма. Например, расчесывание вызывается зудящими генами, которые стимулируют ноцицепторы на эпидермальных тканях. Эти пруритогены, такие как гистамин , также заставляют другие иммунные клетки секретировать дополнительные пруритогены, пытаясь вызвать больший зуд, чтобы физически удалить паразитарных захватчиков. 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 .

Эозинофилы в ответ на капсаицин могут вызвать дополнительную сенсибилизацию к молекуле. У пациентов с хроническим кашлем также наблюдается усиленный кашлевой рефлекс на патогенные микроорганизмы, даже если возбудитель был изгнан. В обоих случаях высвобождение эозинофилов и других иммунных молекул вызывает повышенную чувствительность сенсорных нейронов в дыхательных путях бронхов, что вызывает усиление симптомов. 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.

Клиническое значение

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.

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 продуцируя цитокины, которые дополнительно способствуют отложению Aβ. Было показано, что при болезни Альцгеймера амилоид-β напрямую активирует микроглию и другие моноциты с выработкой нейротоксинов .

Астроциты также участвуют в развитии рассеянного склероза (РС). Астроциты отвечают за демиелинизацию и разрушение олигодендроцитов , связанное с заболеванием. Этот демиелинизирующий эффект является результатом секреции цитокинов и матриксных металлопротеиназ (ММП) из активированных клеток астроцитов на соседние нейроны. 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).

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.

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.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки