Нейроиммунная система — это система структур и процессов, включающая биохимические и электрофизиологические 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 барьер гемато-спинномозговой жидкости ), опосредуя нейровоспаление и заживление ран в поврежденных нейронах, а также мобилизуя защитные силы хозяина против патогенов. [2] [4] [5]
Нейроиммунная система и периферическая иммунная система структурно различны. В отличие от периферической системы, нейроиммунная система состоит преимущественно из глиальных клеток ; [1] [5] среди всех гемопоэтических клеток иммунной системы в нейроиммунной системе в норме присутствуют только тучные клетки . [6] Однако во время нейроиммунного ответа определенные периферические иммунные клетки способны преодолевать различные гематоэнцефалические или жидкостно-мозговые барьеры, чтобы реагировать на патогены, проникшие в мозг. [2] Например, есть данные о том, что после травмы макрофаги и Т-клетки иммунной системы мигрируют в спинной мозг. [7] Также было зарегистрировано, что производство иммунных клеток системы комплемента происходит непосредственно в центральной нервной системе. [8]
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 мозге, где они опосредуют взаимодействие между кишечными микробами, иммунной системой и центральной нервной системой как часть микробиоты -кишечник. – ось мозга . [6]
Рецепторы, связанные с G-белком , которые присутствуют как в ЦНС , так и в иммунных клетках и которые отвечают за процесс нейроиммунной передачи сигналов, включают: [4]
Нейроиммунитет дополнительно опосредуется кишечной нервной системой , а именно взаимодействием кишечных нейронов и глиальных клеток. Они взаимодействуют с энтероэндокринными клетками и местными макрофагами, воспринимая сигналы из просвета кишечника , в том числе сигналы микробиоты . Эти сигналы вызывают местные иммунные реакции и передаются в ЦНС по гуморальным и нервным путям. Интерлейкины и сигналы иммунных клеток могут попасть в гипоталамус через сосудисто-нервную единицу или околожелудочковые органы . [9]
Нейроиммунная система и ее изучение включают понимание иммунной и неврологической систем и перекрестно-регуляторного воздействия их функций. [10] Цитокины регулируют иммунные реакции, возможно, посредством активации оси гипоталамо-гипофиз-надпочечники (HPA). [ нужна медицинская ссылка ] Цитокины также участвуют в координации между нервной и иммунной системами. [11] Были зарегистрированы случаи связывания цитокинов с нервными рецепторами между высвобождающими цитокин иммунными клетками IL-1β и нервными рецепторами IL-1R . [11] В результате этого связывания возникает электрический импульс, вызывающий ощущение боли. [11] Все больше данных свидетельствуют 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, памяти и обучения) у здоровых взрослых. [12]
Нейроиммунная система использует взаимодополняющие процессы как сенсорных нейронов , так и иммунных клеток для обнаружения вредных или вредных раздражителей и реагирования на них. [11] Например, вторгшиеся бактерии могут одновременно активировать воспалительные процессы , которые перерабатывают интерлейкины ( IL-1β ), и деполяризовать сенсорные нейроны посредством секреции гемолизинов . [11] [13] Гемолизины создают поры, вызывая деполяризующее высвобождение ионов калия изнутри эукариотической клетки и приток ионов кальция. [11] В совокупности это приводит к возникновению потенциала действия в сенсорных нейронах и активации воспалительных процессов. [11]
Травма и некроз также вызывают нейроиммунный ответ. Высвобождение аденозинтрифосфата (АТФ) из поврежденных клеток связывается и активирует как рецепторы P2X7 на макрофагах иммунной системы, так и рецепторы P2X3 ноцицепторов нервной системы. [11] Это вызывает комбинированный ответ как результирующего потенциала действия из-за деполяризации, создаваемой притоком ионов кальция и калия, так и активации воспалительных процессов. [11] Произведенный потенциал действия также отвечает за ощущение боли, а иммунная система вырабатывает IL-1 β в результате связывания АТФ-рецептора P2X7. [11]
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 ). [7] [11] [13] В совокупности этот совмещенный нейроиммунный ответ оказывает усиливающее воздействие на воспаление. [11]
Нейроны и глиальные клетки работают вместе, борясь с проникновением патогенов и травмами. Хемокины играют важную роль в качестве посредника между коммуникациями нейронов и глиальных клеток, поскольку оба типа клеток экспрессируют хемокиновые рецепторы. [7] Например, хемокин фракталкин вовлечен в связь между микроглией и нейронами дорсальных корешков (DRG) в спинном мозге. [14] Фракталкин был связан с гиперчувствительностью к боли при инъекции in vivo , и было обнаружено, что он активирует молекулы, опосредующие воспаление. [14] Глиальные клетки способны эффективно распознавать патогены как в центральной нервной системе, так и в периферических тканях. [15] Когда глиальные клетки распознают чужеродные патогены с помощью передачи сигналов цитокинов и хемокинов, они могут передавать эту информацию в ЦНС. [15] Результатом является усиление депрессивных симптомов. [15] Однако хроническая активация глиальных клеток приводит к нейродегенерации и нейровоспалению . [15]
Микроглиальные клетки являются одними из наиболее известных типов глиальных клеток в головном мозге. Одной из их основных функций является фагоцитирование клеточного мусора после апоптоза нейронов . [15] После апоптоза мертвые нейроны выделяют химические сигналы, которые связываются с клетками микроглии и заставляют их поглощать вредные остатки из окружающей нервной ткани. [15] Микроглия и система комплемента также связаны с обрезкой синапсов, поскольку секреция ими цитокинов, факторов роста и других комплементов помогает удалить устаревшие синапсы. [15]
Астроциты — это еще один тип глиальных клеток, который, помимо других функций, модулирует вход иммунных клеток в ЦНС через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). [15] 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. [15]
Рефлекс отдергивания – это рефлекс, защищающий организм от вредных раздражителей. [13] Этот рефлекс возникает, когда вредные раздражители активируют ноцицепторы , которые посылают потенциал действия к нервам позвоночника, которые затем иннервируют эффекторные мышцы и вызывают внезапный рывок, уводящий организм от опасных раздражителей. [11] Рефлекс отмены затрагивает как нервную, так и иммунную системы. [11] Когда потенциал действия перемещается обратно по сети спинномозговых нервов, другой импульс направляется к периферическим сенсорным нейронам, которые секретируют аминокислоты и нейропептиды, такие как пептид, связанный с геном кальцитонина (CGRP) и вещество P. [11] [13] Эти химические вещества действуют путем усиления покраснения, отека поврежденных тканей и прикрепления иммунных клеток к эндотелиальной ткани, тем самым увеличивая проницаемость иммунных клеток через капилляры . [11] [13]
Нейроиммунные взаимодействия также возникают при проникновении в организм патогенов , аллергенов или токсинов. [11] Блуждающий нерв соединяется с кишечником и дыхательными путями и передает нервные импульсы в ствол мозга в ответ на обнаружение токсинов и патогенов. [11] Этот электрический импульс, идущий вниз от ствола мозга, достигает клеток слизистой оболочки и стимулирует секрецию слизи; этот импульс также может вызвать выброс токсина за счет мышечных сокращений, вызывающих рвоту или диарею. [11]
Нейроиммунные связи и блуждающий нерв также были недавно отмечены как важные для поддержания гомеостаза в контексте новых вирусов, таких как SARS-CoV-2 [16]. Это особенно актуально при рассмотрении роли блуждающего нерва в регуляции системного воспаления посредством Холинергический противовоспалительный путь. [17]
Нейроиммунная система участвует в рефлексах, связанных с паразитарными инвазиями хозяев. Ноцицепторы также связаны с рефлексами организма на патогены, поскольку они расположены в стратегических местах, таких как дыхательные пути и ткани кишечника, и вызывают мышечные сокращения, вызывающие расчесывание, рвоту и кашель. [11] Все эти рефлексы предназначены для выведения болезнетворных микроорганизмов из организма. Например, расчесывание индуцируется пруритогенами, которые стимулируют ноцицепторы эпидермальных тканей. [11] Эти пруритогены, как и гистамин , также заставляют другие иммунные клетки выделять дополнительные пруритогены, пытаясь вызвать больший зуд и физически удалить паразитических захватчиков. [11] Что касается кишечных и бронхиальных паразитов, рвота, кашель, чихание и диарея также могут быть вызваны стимуляцией ноцицепторов в инфицированных тканях и нервными импульсами, исходящими из ствола мозга , которые иннервируют соответствующие гладкие мышцы . [11]
Эозинофилы в ответ на капсаицин могут вызвать дальнейшую сенсорную сенсибилизацию к этой молекуле. [18] Пациенты с хроническим кашлем также имеют усиленный кашлевой рефлекс на возбудители, даже если возбудитель был изгнан. [18] В обоих случаях высвобождение эозинофилов и других иммунных молекул вызывает гиперсенсибилизацию сенсорных нейронов в бронхиальных дыхательных путях, что приводит к усилению симптомов. [11] [18] Также сообщалось, что повышенная секреция нейротрофинов иммунными клетками в ответ на загрязняющие вещества и раздражители может реструктурировать периферическую сеть нервов в дыхательных путях, обеспечивая более активное состояние сенсорных нейронов. [11]
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, увеличивает восприимчивость к стрептококковым инфекциям кожи. [19]
Нейроиммунная система играет роль в развитии болезни Альцгеймера . В частности, микроглия может выполнять защитную функцию, способствуя фагоцитозу и удалению отложений амилоида-β (Aβ), но также становится дисфункциональной по мере прогрессирования заболевания, продуцируя нейротоксины , переставая очищать отложения Aβ и продуцируя цитокины , которые дополнительно способствуют отложению Aβ. [20] Было показано, что при болезни Альцгеймера амилоид-β напрямую активирует микроглию и другие моноциты для выработки нейротоксинов . [21]
Астроциты также вовлечены в рассеянный склероз (РС). Астроциты ответственны за демиелинизацию и разрушение олигодендроцитов , связанное с заболеванием. [15] Этот демиелинизирующий эффект является результатом секреции цитокинов и матриксных металлопротеиназ (ММП) из активированных клеток астроцитов на соседние нейроны. [15] 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). [22]
Нейроиммунная система необходима для повышения пластичности после повреждения ЦНС за счет повышения возбудимости и снижения торможения, что приводит к синаптогенезу и перестройке нейронов. Нейроиммунная система может играть роль в результатах восстановления после травмы ЦНС. [23]
Нейроиммунная система также участвует в развитии астмы и хронического кашля , поскольку оба они являются результатом гиперсенсибилизированного состояния сенсорных нейронов из-за высвобождения иммунных молекул и механизмов положительной обратной связи. [18]
Доклинические и клинические исследования показали, что клеточные (микроглии/макрофаги, лейкоциты, астроциты, тучные клетки и др.) и молекулярные нейроиммунные реакции способствуют вторичному повреждению головного мозга после внутримозгового кровоизлияния. [24] [25]
Глия (включая астроциты, микроглию и олигодендроциты), составляющие большинство клеток головного мозга, имеет многие из тех же рецепторов, что и нейроны, секретирует нейротрансмиттеры, а также нейротрофические и нейровоспалительные факторы, контролирует клиренс нейротрансмиттеров из синаптических щелей и тесно участвуют в синаптической пластичности. Несмотря на их распространенность и спектр функций, осознание их потенциальной общей важности было неуловимым с момента их выявления в середине 1800-х годов, и лишь относительно недавно они завоевали должное уважение. Этому развитию понимания способствовало растущее осознание того, что злоупотребляемые наркотиками, включая психостимуляторы, влияют на глиальную активность, а глиальная активность, в свою очередь, модулирует эффекты психостимуляторов.
В совокупности эти патологические процессы способствуют нейротоксичности (например, повышению проницаемости ГЭБ, воспалению, дегенерации нейронов, гибели клеток) и нервно-психическим нарушениям (например, когнитивному дефициту, расстройствам настроения).
{{cite book}}
: |journal=
игнорируется ( помощь )Астроциты выполняют множество функций в центральной нервной системе (ЦНС). ... они ответственны за формирование гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) и составляют пограничную глию. Здесь мы рассматриваем их вклад в нейроиммунные взаимодействия и, в частности, в те, которые индуцируются инвазией активированных Т-клеток. ... В центральной нервной системе (ЦНС) астроциты являются наиболее распространенными клетками.
ТК происходят из предшественника костного мозга и впоследствии развивают различные характеристики фенотипа локально в тканях. Спектр их функций широк и включает участие в аллергических реакциях, врожденном и адаптивном иммунитете, воспалении и аутоиммунитете [34]. В мозге человека ТК могут располагаться в различных областях, таких как ножка гипофиза, шишковидная железа, постремная область, сосудистое сплетение, таламус, гипоталамус и срединное возвышение [35]. В мозговых оболочках они обнаруживаются внутри дурального слоя в сочетании с сосудами и окончаниями менингеальных ноцицепторов [36]. Отличительной особенностью ТК по сравнению с другими гемопоэтическими клетками является то, что они расположены в головном мозге [37]. ТК содержат многочисленные гранулы и секретируют большое количество предварительно сохраненных медиаторов, таких как кортикотропин-рилизинг-гормон (CRH), нейротензин (NT), вещество P (SP), триптаза, химаза, вазоактивный интестинальный пептид (VIP), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF). , TNF, простагландины, лейкотриены и разновидности хемокинов и цитокинов, некоторые из которых, как известно, нарушают целостность гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) [38–40].
Ключевая роль ТК в воспалении [34] и нарушении ГЭБ [41–43] указывает на важные области для исследований в области новой терапии. Все больше данных также указывает на то, что ТК участвуют в нейровоспалении напрямую [44–46] и посредством стимуляции микроглии [47], способствуя патогенезу 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 ТК вне мозга.