Informacja

11,3G: Zapalenie - Biologia

11,3G: Zapalenie - Biologia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

cele nauczania

  1. Opisz 4 procesy składające się na mechanizm zapalny.
  2. Krótko opisz różne korzystne skutki zapalenia, które są związane z wyciekiem osocza i diapedezą.
  3. Krótko opisz proces diapedezy, wskazując na rolę P-selektyn, integryn i cząsteczek adhezyjnych.
  4. Krótko opisz etap gojenia stanu zapalnego.
  5. Krótko opisz problemy wynikające z przewlekłego zapalenia.

Odpowiedź zapalna jest próbą przywrócenia i utrzymania homeostazy organizmu po urazie i jest integralną częścią obrony organizmu. Większość elementów obronnych organizmu znajduje się we krwi, a stan zapalny jest środkiem, za pomocą którego komórki obronne organizmu i substancje chemiczne opuszczają krew i dostają się do tkanek wokół uszkodzonego lub zakażonego miejsca. Stan zapalny jest zasadniczo korzystny, jednak nadmierny lub długotrwały stan zapalny może powodować szkody.

Mechanizm zapalenia

Zasadniczo na mechanizm zapalny składają się cztery procesy:

a. Mięśnie gładkie wokół większych naczyń krwionośnych kurczą się, aby spowolnić przepływ krwi przez łożyska naczyń włosowatych w zakażonym lub uszkodzonym miejscu. Daje to więcej możliwości przylegania leukocytów do ścian naczyń włosowatych i wyciśnięcia ich do otaczającej tkanki.

b. Komórki śródbłonka, które tworzą ścianę mniejszych naczyń krwionośnych, kurczą się. Zwiększa to przestrzeń między komórkami śródbłonka, powodując zwiększoną przepuszczalność naczyń włosowatych. Ponieważ w wyniku tego te naczynia krwionośne mają większą średnicę, proces ten nazywa się rozszerzeniem naczyń (patrz rysunek (PageIndex{1})).

Skaningowe mikrografie elektronowe przekroju poprzecznego naczynia włosowatego pokazujące komórkę śródbłonka i kapilarę z krwinką czerwoną; dzięki uprzejmości mikroskopu Dennisa Kunkela).

C. Cząsteczki zwane selektynami są wytwarzane na błonie leukocytów i są zdolne do odwracalnego wiązania się z odpowiednimi receptorami glikoproteiny selektyny na wewnętrznej ścianie żyłki. To odwracalne wiązanie umożliwia toczenie się leukocytów wzdłuż wewnętrznej ściany żyłki. Cząsteczki adhezyjne są aktywowane na powierzchni komórek śródbłonka na wewnętrznej ścianie naczyń włosowatych. Odpowiednie cząsteczki na powierzchni leukocytów zwane integrynami przyłączają się do tych cząsteczek adhezyjnych, umożliwiając leukocytom spłaszczenie i przeciśnięcie przez przestrzeń między komórkami śródbłonka. Proces ten nazywa się diapedezą lub wynaczynieniem.

D. Aktywacja szlaku krzepnięcia powoduje, że skrzepy fibryny fizycznie zatrzymują zakaźne drobnoustroje i zapobiegają ich przedostawaniu się do krwiobiegu. Powoduje to również krzepnięcie krwi w otaczających małych naczyniach krwionośnych, aby zarówno zatrzymać krwawienie, jak i dalej zapobiegać przedostawaniu się mikroorganizmów do krwioobiegu.

Film i animacja na You Tube przedstawiająca wynaczynienie leukocytów (diapedeza)
z ImmuneDocumentary

Animacja 3D ilustrująca białe krwinki opuszczające naczynia włosowate i wchodzące do tkanki (diapedeza) oraz system endomembranowy w leukocytach.
Z Uniwersytetu Harvarda, Wewnętrzne życie komórki. Załadowanie tej animacji zajmuje trochę czasu.

Te cztery zdarzenia są wyzwalane i wzmacniane przez różne chemiczne mediatory stanu zapalnego. Podzielimy teraz odpowiedź zapalną na dwa etapy: wczesny stan zapalny i późny stan zapalny.

Wczesne stany zapalne i diapedeza

Większość diapedezy leukocytów (wynaczynienia) występuje w żyłkach zakapilarnych, ponieważ hemodynamiczne siły ścinające są w tych żyłkach mniejsze. Ułatwia to leukocytom przyczepienie się do wewnętrznej ściany naczynia i wyciśnięcie między komórkami śródbłonka. Przyjrzymy się temu procesowi bardziej szczegółowo poniżej.

  1. W bardzo wczesnych stadiach stanu zapalnego bodźce, takie jak uraz lub infekcja, wyzwalają uwalnianie różnych mediatorów stanu zapalnego, takich jak leukotrieny, prostaglandyny i histamina. Wiązanie tych mediatorów z ich receptorami na komórkach śródbłonka prowadzi do rozszerzenia naczyń krwionośnych, skurczu komórek śródbłonka i zwiększenia przepuszczalności naczyń krwionośnych. Ponadto błona podstawna otaczająca naczynia włosowate ulega przegrupowaniu tak, aby sprzyjać migracji leukocytów i przemieszczaniu makrocząsteczek osocza z naczyń włosowatych do otaczającej tkanki. Komórki tuczne w tkance łącznej oraz bazofile, neutrofile i płytki krwi opuszczające krew z uszkodzonych naczyń włosowatych uwalniają lub stymulują syntezę środków rozszerzających naczynia, takich jak histamina, leukotrieny, kininy i prostaglandyny. Niektóre produkty szlaków dopełniacza (C5a i C3a) mogą wiązać się z komórkami tucznymi i wyzwalać ich uwalnianie środków wazoaktywnych. Ponadto uszkodzenie tkanki aktywuje kaskadę krzepnięcia i produkcję mediatorów stanu zapalnego, takich jak bradykininy.
  2. Wiązanie histaminy z receptorami histaminowymi na komórkach śródbłonka wyzwala regulację w górę cząsteczek selektyny P i czynnika aktywującego płytki lub PAF na komórkach śródbłonka wyścielających żyłki.
  3. Selektyny P są wówczas zdolne do odwracalnego wiązania się z odpowiednimi ligandami glikoproteiny P-selektyny (PSGL-1) na leukocytach. To odwracalne wiązanie umożliwia teraz toczenie się leukocytów wzdłuż wewnętrznej ściany żyłki.
  4. Wiązanie PAF z odpowiadającym mu receptorem PAF-R na leukocytach zwiększa ekspresję powierzchniową integryny zwanej cząsteczką 1 związaną z funkcją leukocytów (LFA-1) na powierzchni leukocytów.
  5. Cząsteczki LFA-1 na toczących się leukocytach mogą teraz mocno wiązać się z cząsteczką adhezyjną zwaną cząsteczką adhezji międzykomórkowej-1 (ICAM-1) znajdującą się na powierzchni komórek śródbłonka tworzących wewnętrzną ścianę naczynia krwionośnego (patrz rysunek ( PageIndex{4})).
  6. Leukocyty spłaszczają się, przeciskają między zwężonymi komórkami śródbłonka i wykorzystują enzymy do rozbijania macierzy tworzącej błonę podstawną otaczającą naczynie krwionośne. Następnie leukocyty migrują w kierunku środków chemotaktycznych, takich jak białko dopełniacza C5a i leukotrien B4 generowane przez komórki w miejscu infekcji lub urazu (patrz rysunek (PageIndex{5})).

Późne stany zapalne i diapedeza

1) Zwykle w ciągu dwóch do czterech godzin od wczesnych stadiów zapalenia aktywowane makrofagi i komórki śródbłonka naczyniowego uwalniają zapalne cytokiny, takie jak TNF i IL-1, gdy ich receptory Toll-like wiążą wzorce molekularne związane z patogenami – składniki molekularne związane z mikroorganizmami, ale nie znaleziono jako część komórek eukariotycznych. Umożliwia to komórkom śródbłonka naczyniowego pobliskich żyłek zwiększenie ekspresji cząsteczek adhezyjnych, takich jak selektyny P, selektyny E, cząsteczki adhezji międzykomórkowej (ICAM) i chemokiny.

2) Wiązanie TNF i IL-1 z receptorami na komórkach śródbłonka wyzwala odpowiedź zapalną poprzez zwiększenie produkcji cząsteczki adhezyjnej selektyny E i utrzymanie ekspresji selektyny P na komórkach śródbłonka wyścielających żyłki.

3). Selektyny E na wewnętrznej powierzchni komórek śródbłonka mogą teraz mocno wiązać się z odpowiadającym mu ligandem integryny E-selektyny-1 (ESL-1) na leukocytach (patrz rysunek (PageIndex{4})).

4) Leukocyty spłaszczają się, przeciskają między zwężonymi komórkami śródbłonka i przesuwają się przez błonę podstawną, ponieważ są przyciągane do chemokin, takich jak interleukina-8 (IL-8) i białko chemotaktyczne monocytów-1 (MCP-1) generowane przez komórki w miejscu infekcji lub urazu (patrz rysunek (PageIndex{5})). Wyciek fibrynogenu i fibronektyny osocza tworzy następnie rusztowanie molekularne, które wzmaga migrację i retencję leukocytów w zakażonym miejscu.

Korzyści z zapalenia

W wyniku tej zwiększonej przepuszczalności:

a. Osocze wypływa z krwi do tkanki.

Korzystne cząsteczki w osoczu (patrz rysunek (PageIndex{2})) obejmują:

1. Czynniki krzepnięcia. Uszkodzenie tkanek aktywuje kaskadę krzepnięcia, powodując tworzenie się skrzepów fibryny w celu zlokalizowania infekcji, zatrzymania krwawienia i chemotaktycznego przyciągania fagocytów.

2. Przeciwciała. Pomagają one usuwać lub blokować działanie drobnoustrojów za pomocą różnych metod, które zostaną wyjaśnione w części 6.

3. Białka szlaków dopełniacza. Te z kolei: 1) stymulują więcej stanu zapalnego (C5a, C3a i C4a), 2) przyczepiają mikroorganizmy do fagocytów (C3b i C4b), 3) chemotaktycznie przyciągają fagocyty (C5a) i 4) lizują komórki związane z błoną antygeny (kompleks ataku błony lub MAC).

4. Składniki odżywcze. Te odżywiają komórki tkanki objętej stanem zapalnym.

5. Lizozym, katelicydyny, fosfolipaza A2i ludzkie defensyny. Lizozym rozkłada peptydoglikan. Katelicydyny są rozszczepiane na dwa peptydy, które są bezpośrednio toksyczne dla drobnoustrojów i mogą neutralizować LPS ze ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych. Fosfolipaza A2 hydrolizuje fosfolipidy w bakteryjnej błonie cytoplazmatycznej. Defensyny ludzkie umieszczają pory w błonach cytoplazmatycznych wielu bakterii. Defensyny aktywują również komórki biorące udział w odpowiedzi zapalnej.

6. Transferyna.Transferyna pozbawia drobnoustroje potrzebnego żelaza.

b. Leukocyty dostają się do tkanki w procesie zwanym diapedezą lub wynaczynieniem, omówionym powyżej we wczesnym zapaleniu i późnym zapaleniu.

Korzyści z diapedezy obejmują (patrz rysunek (PageIndex{2})):

1. Zwiększona fagocytoza. Neutrofile, monocyty, które różnicują się w makrofagi, gdy dostają się do tkanki, oraz eozynofile są fagocytarnymi leukocytami.

2. Więcej rozszerzenia naczyń krwionośnych. Bazofile, eozynofile, neutrofile i płytki krwi dostają się do tkanki i uwalniają lub stymulują wytwarzanie środków wazoaktywnych, które promują stan zapalny.

3. Cytotoksyczne limfocyty T (CTL), efektorowe komórki T4 i komórki NK wnikają do tkanki, aby zabić komórki, takie jak zakażone komórki i komórki rakowe, które prezentują obce antygeny na swojej powierzchni (omówione w części 6).

Cytokiny zwane chemokinami są szczególnie ważne w tej części odpowiedzi zapalnej. Odgrywają one kluczową rolę w diapedezie – umożliwiają białym krwinkom przyleganie do wewnętrznej powierzchni naczyń krwionośnych, migrację z naczyń krwionośnych do tkanki i chemotaktyczne przyciąganie do uszkodzonego lub zakażonego miejsca. Wywołują także pozakomórkowe zabijanie przez neutrofile.

Ostatecznie, w ciągu 1 do 3 dni, makrofagi uwalniają cytokiny interleukinę-1 (IL-1) i czynnik martwicy nowotworu-alfa (TNF-a). Cytokiny te stymulują komórki NK i limfocyty T do wytwarzania cytokiny interferon-gamma. (JEŚLI-?). JEŚLI-? następnie wiąże się z receptorami na makrofagach, powodując ich wytwarzanie czynnika wzrostu fibroblastów i czynników angiogennych do przebudowy tkanek. Wraz z proliferacją komórek śródbłonka i fibroblastów, komórki śródbłonka tworzą drobną sieć nowych naczyń włosowatych w uszkodzonym obszarze, dostarczając krew, tlen i składniki odżywcze do tkanki objętej stanem zapalnym. Fibroblasty odkładają kolagen białkowy w uszkodzonym obszarze i tworzą most z tkanki bliznowatej, aby zamknąć otwarty, odsłonięty obszar. Nazywa się to zwłóknieniem lub bliznowaceniem i reprezentuje końcowy etap gojenia.

Zapalenie jest zwykle dokładnie regulowane przez cytokiny. Cytokiny zapalne, takie jak interferon-gamma i interleukina-12, wzmacniają odpowiedź zapalną, podczas gdy cytokina interleukina-10 hamuje stan zapalny poprzez zmniejszenie ekspresji cytokin zapalnych.

Jak widać, ostry stan zapalny jest niezbędny do obrony organizmu. Przewlekły stan zapalny może jednak skutkować znacznym uszkodzeniem tkanki i bliznowaceniem. Przy przedłużonej zwiększonej przepuszczalności naczyń włosowatych neutrofile nieustannie opuszczają krew i gromadzą się w tkance w zakażonym lub uszkodzonym miejscu. Gdy uwalniają swoją zawartość lizosomalną i reaktywne formy tlenu lub ROS, otaczająca tkanka jest niszczona i ostatecznie zastępowana tkanką bliznowatą. Konieczne może być podanie środków przeciwzapalnych, takich jak leki przeciwhistaminowe lub kortykosteroidy, w celu złagodzenia objawów lub zmniejszenia uszkodzenia tkanek.

Na przykład, jak dowiedzieliśmy się w części 3, podczas ciężkich infekcji ogólnoustrojowych z dużą liczbą obecnych mikroorganizmów uwalniane są wysokie poziomy wzorców molekularnych związanych z patogenami (PAMP), co powoduje nadmierną produkcję cytokin przez makrofagi, co może zaszkodzić organizmowi. Ponadto neutrofile zaczynają uwalniać swoje proteazy i reaktywne formy tlenu, które zabijają nie tylko bakterie, ale także otaczającą tkankę. Szkodliwe skutki obejmują wysoką gorączkę, niedociśnienie, zniszczenie tkanek, wyniszczenie, zespół ostrej niewydolności oddechowej lub ARDS, rozsiane wykrzepianie wewnątrznaczyniowe lub DIC, uszkodzenie śródbłonka naczyniowego, hipowolemię i zmniejszoną perfuzję krwi przez tkanki i narządy w wyniku wstrząsu, narządy wielonarządowe awaria (MOSF), a często śmierć. Ta nadmierna odpowiedź zapalna jest określana jako zespół ogólnoustrojowej odpowiedzi zapalnej lub SIRS lub kaskada wstrząsu.

Ćwiczenie: Myśl, sparuj i dziel się pytaniami

  1. Krótko opisz mechanizmy, które umożliwiają spowolnienie przepływu krwi w miejscu zakażenia i dostarczenie do miejsca zakażenia fagocytów, białek dopełniacza i przeciwciał.
  2. Dlaczego dostarczenie osocza do miejsca infekcji jest ważne?
  3. Dlaczego ważne jest, aby podczas stanu zapalnego wystąpiła diapedeza?

Przewlekły stan zapalny przyczynia się również do chorób serca, choroby Alzheimera, cukrzycy i raka.

  • W przypadku raka sugeruje się, że gdy makrofagi wytwarzają cytokiny zapalne, takie jak TNF-alfa, cytokiny te aktywują przełącznik genów w komórce rakowej, który włącza syntezę białek promujących replikację komórek i stan zapalny, jednocześnie blokując apoptozę komórek nowotworowych. komórka rakowa.
  • Uważa się, że w chorobach serca makrofagi trawią lipoproteinę o niskiej gęstości lub LDL, zły cholesterol, a następnie są otoczone włóknistą czapeczką, która tworzy blaszkę miażdżycową.
  • W przypadku cukrzycy uważa się, że stres metaboliczny związany z otyłością pobudza wrodzone komórki odpornościowe i komórki tłuszczowe do wytwarzania cytokin, takich jak TNF-alfa, które mogą zakłócać normalne funkcjonowanie insuliny.
  • W przypadku choroby Alzheimera komórki mikrogleju, makrofagopodobne komórki w mózgu, oddziałują z białkami beta-amyloidu, które gromadzą się w neuronach osób z chorobą Alzheimera, a następnie wytwarzają zapalne cytokiny i wolne rodniki, które niszczą neurony.

Streszczenie

  1. Większość elementów obronnych organizmu znajduje się we krwi, a stan zapalny jest środkiem, za pomocą którego komórki obronne organizmu i substancje chemiczne opuszczają krew i dostają się do tkanek wokół uszkodzonego lub zakażonego miejsca.
  2. W ramach mechanizmu zapalenia mięśnie gładkie wokół większych naczyń krwionośnych kurczą się, aby spowolnić przepływ krwi przez łożyska naczyń włosowatych w zakażonym lub uszkodzonym miejscu. Daje to więcej możliwości przylegania leukocytów do ścian naczyń włosowatych i wyciśnięcia ich do otaczającej tkanki.
  3. W ramach mechanizmu zapalenia komórki śródbłonka, które tworzą ścianę mniejszych naczyń krwionośnych, kurczą się. Zwiększa to przestrzeń między komórkami śródbłonka, powodując zwiększoną przepuszczalność naczyń włosowatych.
  4. W ramach mechanizmu zapalenia, cząsteczki adhezyjne są aktywowane na powierzchni komórek śródbłonka na wewnętrznej ścianie naczyń włosowatych, a odpowiadające im cząsteczki na powierzchni leukocytów zwane integrynami przyłączają się do tych cząsteczek adhezyjnych, umożliwiając leukocytom spłaszczenie i przeciśnięcie przez przestrzeń między komórkami śródbłonka. Proces ten nazywa się diapedezą lub wynaczynieniem.
  5. W ramach mechanizmu zapalenia, aktywacja szlaku krzepnięcia powoduje, że skrzepy fibryny fizycznie zatrzymują zakaźne drobnoustroje i zapobiegają ich przedostawaniu się do krwiobiegu.
  6. Ostre stany zapalne są niezbędne do obrony organizmu.
  7. W wyniku tej zwiększonej przepuszczalności osocze wypływa z krwi do tkanki dostarczając czynniki krzepnięcia, cząsteczki przeciwciał, białka szlaku dopełniacza, składniki odżywcze, enzymy i peptydy przeciwbakteryjne oraz transferynę do wrodzonej obrony organizmu.
  8. W wyniku tej zwiększonej przepuszczalności, leukocyty wnikają do tkanki dostarczając komórki fagocytarne, komórki wywołujące stan zapalny, cytotoksyczne limfocyty T, efektorowe limfocyty T4 i komórki NK.
  9. Cytokiny zapalne umożliwiają również komórkom śródbłonka tworzenie cienkiej sieci nowych naczyń włosowatych w uszkodzonym obszarze w celu dostarczania krwi, tlenu i składników odżywczych do tkanki objętej stanem zapalnym oraz umożliwiają fibroblastom odkładanie kolagenu białkowego w uszkodzonym obszarze i tworzenie mostka z blizny łącznej tkankę, aby zamknąć otwarty, odsłonięty obszar.
  10. Przewlekły stan zapalny może skutkować znacznym uszkodzeniem tkanki i bliznowaceniem, głównie pozakomórkowym zabijaniem przez fagocyty i hipoperfuzją.
  11. Uważa się, że przewlekłe zapalenie przyczynia się również do chorób serca, choroby Alzheimera, cukrzycy i raka.

Zapalenie może być albo krótkotrwałe (ostry) lub długotrwały (chroniczny). Ostre zapalenie ustępuje w ciągu kilku godzin lub dni. Przewlekły stan zapalny może trwać miesiące lub lata, nawet po ustąpieniu pierwszego wyzwalacza. Stany związane z przewlekłym stanem zapalnym obejmują:

Niektóre rodzaje zapalenia stawów są wynikiem stanu zapalnego, takie jak:

Inne bolesne stany stawów i układu mięśniowo-szkieletowego, które mogą nie być związane ze stanem zapalnym, obejmują chorobę zwyrodnieniową stawów, fibromialgię, ból mięśni krzyża i ból szyi.


Scott Brakenridge, MD, MSCS

Scott Brakenridge, MD, MSCS, jest adiunktem chirurgii w zespole chirurgii ostrej w UF Health. Dr Brakenridge dołączył do wydziału UF w 2013 roku, aby pracować z multidyscyplinarnym zespołem badawczym badającym zespół przetrwałego zapalenia/immunosupresji i katabolizmu (PICS), który występuje po sepsie chirurgicznej. Obecnie jest jednym z głównych badaczy w ramach grantu P50 finansowanego przez NIH dla Centrum Badań nad Posocznicą i Chorobami Krytycznymi UF w celu zbadania zespołu przewlekłego zapalenia, immunosupresji i katabolizmu (PICS) po sepsie u pacjentów oddziału intensywnej terapii chirurgicznej. Jego obecne projekty badawcze obejmują:

Zespół trwałego zapalenia/immunosupresji i katabolizmu (PICS) – Postępy w medycynie intensywnej opieki w ciągu ostatnich dwóch dekad znacznie zmniejszyły śmiertelność wewnątrzszpitalną po sepsie u pacjentów chirurgicznych i urazowych. Jednak zamiast umierać z powodu wstrząsu septycznego i nagłej niewydolności wielonarządowej, pacjenci przeżywają z przewlekłym stanem krytycznym. Kiedy badaliśmy epidemiologię tych pacjentów, zauważyliśmy, że wielu z tych, którzy przeżyli, pozostało na oddziale intensywnej opieki medycznej z dysfunkcjami narządów, które można leczyć.Ich przebieg kliniczny charakteryzuje się nawracającymi stanami zapalnymi (np. powtarzającymi się operacjami i zakażeniami szpitalnymi, które mają swój początek w szpitalu), utrzymującą się odpowiedzią ostrej fazy z trwającą utratą beztłuszczowej masy ciała pomimo optymalnego wsparcia żywieniowego, słabym gojeniem się ran i odleżyny. Pacjenci ci (zwłaszcza osoby starsze) są zazwyczaj wypisywani do placówek długoterminowej ostrej opieki i placówek opiekuńczych z poważnymi zaburzeniami poznawczymi i funkcjonalnymi, z których rzadko w pełni wracają do zdrowia. Niewielu powraca do samodzielnego funkcjonowania, a ponad 60 procent tych pacjentów umiera w ciągu dwóch lat. Naukowcy z laboratorium biologii zapalenia i nauk chirurgicznych w UF Health stawiają hipotezę, że przewlekła krytyczna choroba, napędzana przez PICS i charakteryzująca się chorobliwymi odległymi wynikami, jest obecnie dominującą trajektorią kliniczną u osób, które przeżyły sepsę na OIOM-ie.


Śródbłonkowy receptor C3a pośredniczy w zapaleniu naczyń i przepuszczalności bariery krew-mózg podczas starzenia

2 Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine, Houston, Teksas, USA.

3 Institute for Systemic Inflammation Research, Centre for Infectiology and Inflammation Research Lubeka, Uniwersytet w Lubece, Lubeka, Niemcy.

4 Department of Molecular and Human Genetics, Baylor College of Medicine, Houston, Teksas, USA.

Adres do korespondencji: Hui Zheng, Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston, Texas 77030, USA. Telefon: 713.798.1568 E-mail: [email protected] Obecny adres AL: Department of Neurology, Washington University School of Medicine w St. Louis, St. Louis, Missouri, USA.

Znajdź artykuły autorstwa Propson, N. w: JCI | PubMed | Google Scholar | />

1 Zakład Biologii Molekularnej i Komórkowej oraz

2 Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine, Houston, Teksas, USA.

3 Institute for Systemic Inflammation Research, Centre for Infectiology and Inflammation Research Lubeka, Uniwersytet w Lubece, Lubeka, Niemcy.

4 Department of Molecular and Human Genetics, Baylor College of Medicine, Houston, Teksas, USA.

Adres do korespondencji do: Hui Zheng, Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston, Texas 77030, USA. Telefon: 713.798.1568 E-mail: [email protected] Obecny adres AL: Department of Neurology, Washington University School of Medicine w St. Louis, St. Louis, Missouri, USA.

Znajdź artykuły Roy, E. w: JCI | PubMed | Google Scholar | />

1 Zakład Biologii Molekularnej i Komórkowej oraz

2 Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine, Houston, Teksas, USA.

3 Institute for Systemic Inflammation Research, Centre for Infectiology and Inflammation Research Lubeka, Uniwersytet w Lubece, Lubeka, Niemcy.

4 Department of Molecular and Human Genetics, Baylor College of Medicine, Houston, Teksas, USA.

Adres do korespondencji: Hui Zheng, Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston, Texas 77030, USA. Telefon: 713.798.1568 E-mail: [email protected] Obecny adres AL: Department of Neurology, Washington University School of Medicine w St. Louis, St. Louis, Missouri, USA.

Znajdź artykuły A. Litwinczuka w: JCI | PubMed | Google Scholar

1 Zakład Biologii Molekularnej i Komórkowej oraz

2 Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine, Houston, Teksas, USA.

3 Institute for Systemic Inflammation Research, Centre for Infectiology and Inflammation Research Lubeka, Uniwersytet w Lubece, Lubeka, Niemcy.

4 Department of Molecular and Human Genetics, Baylor College of Medicine, Houston, Teksas, USA.

Adres do korespondencji: Hui Zheng, Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston, Texas 77030, USA. Telefon: 713.798.1568 E-mail: [email protected] Obecny adres AL: Department of Neurology, Washington University School of Medicine w St. Louis, St. Louis, Missouri, USA.

1 Zakład Biologii Molekularnej i Komórkowej oraz

2 Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine, Houston, Teksas, USA.

3 Institute for Systemic Inflammation Research, Centre for Infectiology and Inflammation Research Lubeka, Uniwersytet w Lubece, Lubeka, Niemcy.

4 Department of Molecular and Human Genetics, Baylor College of Medicine, Houston, Teksas, USA.

Adres do korespondencji do: Hui Zheng, Huffington Center on Aging, Baylor College of Medicine, One Baylor Plaza, Houston, Texas 77030, USA. Telefon: 713.798.1568 E-mail: [email protected] Obecny adres AL: Department of Neurology, Washington University School of Medicine w St. Louis, St. Louis, Missouri, USA.

Znajdź artykuły autorstwa Zheng, H. w: JCI | PubMed | Google Scholar | />

Opublikowano 29 września 2020 r. - Więcej informacji

Powiązany artykuł:

Dysfunkcja naczyń, w której pośredniczy receptor C3a dopełniacza: złożona zależność między starzeniem się a neurodegeneracją

Dysfunkcja naczyń, w której pośredniczy receptor C3a dopełniacza: złożona zależność między starzeniem się a neurodegeneracją

Abstrakcyjny

Dysfunkcja naczyń prowadząca do naruszenia integralności bariery krew-mózg (BBB) ​​jest widoczna w przypadku starzenia się i choroby. Chociaż oś receptora dopełniacza C3a/C3a (C3a/C3aR) wpływa na normalne starzenie się mózgu i progresję choroby, mechanizmy rządzące zapaleniem nerwowo-naczyniowym śródbłonka C3aR i przepuszczalnością BBB pozostają niezbadane. W tym wydaniu JCI Propson i in. zbadali śródbłonkową sygnalizację C3a/C3aR w normalnych, starszych i neurodegeneracyjnych modelach myszy. Śródbłonkowa sygnalizacja C3aR modulowana zależnym od wieku wzrostem VCAM1, zapoczątkowała naciek limfocytów obwodowych i zwiększoną aktywność mikrogleju. Zwiększone uwalnianie wapnia w dół od sygnalizacji C3aR zaburzało połączenia kadheryny śródbłonka naczyniowego (VE-kadheryna), zwiększało przepuszczalność BBB oraz degradowało strukturę i funkcję naczyń. Myszy pozbawione C3aR (C3ar1–/–) i myszy leczone antagonistą C3aR wykazywały osłabioną reaktywność mikrogleju i neurodegenerację związaną z wiekiem. Wyniki te potwierdzają, że sygnalizacja za pośrednictwem dopełniacza wpływa na zdrowie naczyń i funkcję BBB w normalnym starzeniu się i chorobie neurodegeneracyjnej, co sugeruje, że inhibitory dopełniacza stanowią opcję terapeutyczną w przypadku dysfunkcji naczyń mikrokrążenia mózgu.

Autorski

Kanchan Bhatia, Saif Ahmad, Adam Kindelin, Andrew F. Ducruet

Dysfunkcje układu odpornościowego i naczyniowego są związane ze starzeniem się i chorobą Alzheimera, jednak ich wzajemne powiązania pozostają słabo poznane. Szlak dopełniacza jest dobrze ugruntowanym regulatorem odporności wrodzonej w mózgu. W tym miejscu zgłaszamy silny, zależny od wieku wzrost zapalenia naczyń, infiltracji limfocytów obwodowych i przepuszczalności bariery krew-mózg (BBB). Te fenotypy zostały stłumione przez globalną inaktywację i specyficzną dla komórek śródbłonka ablację C3ar1. Stosując model BBB in vitro, zidentyfikowaliśmy wewnątrzkomórkowy Ca2+ jako efektor w dół sygnalizacji C3a/C3aR i funkcjonalny mediator połączenia kadheryny śródbłonka naczyniowego i integralności bariery. Śródbłonek C3ar1 inaktywacja osłabiła również reaktywność mikrogleju i poprawiła objętość hipokampa i kory w starzejącym się mózgu, wykazując związek między dysfunkcją naczyń mózgowych a aktywacją komórek odpornościowych i neurodegeneracją. Ponadto, wyraźne zapalenie naczyń zależne od C3aR zaobserwowano również w modelu myszy transgenicznych tau. Nasze badania sugerują, że zwiększona sygnalizacja C3a/C3aR przez komórki śródbłonka sprzyja zapaleniu naczyń i dysfunkcji BBB oraz przyczynia się do ogólnego stanu zapalnego układu nerwowego w procesie starzenia i chorobie neurodegeneracyjnej.

Naturalny proces starzenia obejmuje funkcjonalne i strukturalne zmiany w mózgu (1, 2) i wykazano, że zmiany te odgrywają rolę w zmniejszeniu sprawności nerwowych komórek macierzystych, zmianie funkcji poznawczych i zwiększonej podatności na choroby neurodegeneracyjne (1, 3, 4). ). Jedną z takich zmian zależnych od wieku, która może mieć związek przyczynowy zarówno z normalnym pogorszeniem stanu, jak i chorobą, jest dysfunkcja bariery krew-mózg (BBB). BBB składa się z komórek śródbłonka, astrocytów i perycytów, a nienaruszony BBB jest niezbędny dla zdrowia mózgu (5). Uważa się, że utrata integralności naczyń prowadzi do dysfunkcji BBB i można ją znaleźć w wielu stanach chorobowych neurologicznych, a mianowicie w urazowym uszkodzeniu mózgu (6) i udarze (7), a często współwystępuje z neurodegeneracją (8). Jednak mechanizmy kontrolujące zmiany w unaczynieniu mózgu i ich konsekwencje dla funkcjonowania OUN, w szczególności w okresie starzenia, pozostają słabo określone.

Ostatnie prace wykazały składnik naczyniowy w związanych z wiekiem zmianach w mózgu, pogorszeniu funkcji poznawczych i ewentualnej demencji (9, 10). Ponadto istnieją dowody na to, że zapalenie naczyń, charakteryzujące się zwiększoną ekspresją śródbłonkowej cząsteczki adhezyjnej komórek naczyniowych VCAM1, powoduje starzenie się OUN poprzez zmniejszenie liczby nerwowych komórek macierzystych i zwiększenie reaktywności mikrogleju (11). Stwierdzono również, że podwyższone poziomy VCAM1 korelują z nasileniem choroby Parkinsona (12), a ostatnio limfocyty, o których wiadomo, że wiążą VCAM1 w naczyniach mózgowych stwierdzono u starszych pacjentów i mózgach pacjentów z chorobą Alzheimera (13, 14). Analiza transkryptomiczna pojedynczych komórek komórek śródbłonka mózgu hipokampa wykazała, że ​​związane z wiekiem zmiany w tych komórkach są zakorzenione w odpowiedzi na wrodzone sygnały zapalne, bodźce hipoksji i stres oksydacyjny (15). Łącznie, badania te sugerują, że wraz z wiekiem dochodzi do istotnej przemiany zapalnej w układzie naczyniowym mózgu i potencjalnego związku przyczynowego z chorobami OUN.

Niektóre badania składników osocza krwi wskazywały na czynniki krążące w utrzymaniu lub zmniejszeniu zdrowia mózgu podczas starzenia (16), a inne badające miejscowe sygnały zapalne w OUN podkreśliły nieodłączną zdolność gleju do modulowania zapalenia nerwów (17). Jednym z podstawowych wrodzonych mechanizmów sygnalizacji immunologicznej zaangażowanych w zapalenie nerwów jest szlak dopełniacza. Składniki dopełniacza są wyrażane przez komórki OUN i mają wpływ na starzenie się OUN i progresję choroby neurodegeneracyjnej (18). W szczególności składnik dopełniacza C3 jest zdolny do nasilania związanych z wiekiem i neurodegeneracyjnych zmian w OUN (19-22). Aktywny peptyd sygnałowy C3, C3a jest uwalniany przez rozszczepienie przez zewnątrzkomórkowy enzym konwertazę C3. Po rozcięciu, C3a sygnalizuje poprzez pokrewny mu receptor C3aR, który został wykryty na mikrogleju (23), nabłonku splotu naczyniówkowego (24) i komórkach śródbłonka naczyniowego (25) w mózgu. C3 jest podwyższony w astrocytach podczas starzenia i choroby (22, 26), a bliski związek astrocytów z BBB potwierdza założenie, że C3 wytwarzany przez te komórki może odgrywać bezpośrednią rolę w związanych z wiekiem zmianach w unaczynieniu mózgu.

Korzystając z modeli in vivo i in vitro, zidentyfikowaliśmy mechanizm, za pomocą którego oś sygnalizacyjna C3a/C3aR modulowała ekspresję VCAM1, wpływała na obwodową infiltrację komórek odpornościowych, zmienioną morfologię naczyń, zwiększoną przepuszczalność BBB i nasiloną reaktywność mikrogleju i neurodegenerację u starszych myszy. Ponadto wykazaliśmy, że ten zależny od C3aR fenotyp śródbłonka był zaostrzony u myszy transgenicznych PS19 tau, modelu, w którym wykazano, że podwyższona sygnalizacja C3/C3aR moduluje zapalenie OUN i patologię tau (22). W badaniu tym zidentyfikowano sygnalizację dopełniacza jako kluczowego mediatora dysfunkcji naczyń w starzeniu się mózgu i chorobie.

Sygnalizacja C3a/C3aR reguluje związaną z wiekiem ekspresję VCAM1 w śródbłonku i infiltrację komórek odpornościowych. C3 Wykazano, że mRNA jest regulowane w górę w starszych astrocytach (20, 26). Aby potwierdzić to odkrycie, zmierzyliśmy białko C3 w lizatach mózgów myszy w wieku 2, 12 i 20 miesięcy za pomocą testu ELISA. Wykryliśmy znaczący wzrost po 12 miesiącach, z dalszym wzrostem po 20 miesiącach, ponad poziomy wykryte u młodych myszy (Figura 1A). Zgodnie z naszymi wcześniejszymi doniesieniami w modelach choroby (21, 22), znakowanie koimmunofluorescencyjne hipokampa wykazało ekspresję C3 głównie w astrocytach GFAP +, gdzie jego poziomy były podwyższone podczas starzenia (ryc. 1, B i C oraz uzupełniający materiał ryc. 1A dostępne online z tym artykułem https://doi.org/10.1172/JCI140966DS1). Zwiększony C3 mRNA poddano dalszej walidacji w starszych astrocytach sortowanych metodą FACS przy użyciu naszej wcześniej opublikowanej metody (27) (rysunek uzupełniający 1B). Aby zbadać ekspresję C3aR w naczyniach mózgu, wyizolowaliśmy naczynia z WT i C3ar1 –/– mózgi myszy (28) i wybarwiono je immunologicznie przeciwciałami przeciwko GFAP, VE-kadherynie i C3aR. Pozytywne barwienie C3aR można łatwo wykryć w VE-kadherynie + komórkach śródbłonka mózgu w WT, ale nie C3ar1 –/– naczynia (ryc. 1D). Analiza obrazowania konfokalnego o wysokiej rozdzielczości CD31, Glut1 i C3aR w układzie naczyniowym mózgu myszy ujawniła większą polaryzację C3aR w kierunku powierzchni podstawno-bocznej, podczas gdy Glut1 zlokalizowany był głównie w kierunku światła naczynia (ryc. 1E i uzupełniający ryc. 1C). W przeciwieństwie do ekspresji śródbłonkowej, costaining dla C3aR i markera perycytowego PDGFR-β nie wykryły znaczącej kolokalizacji (Figura 1E). Analiza cytometrii przepływowej ludzkich komórek śródbłonka mikronaczyniowego mózgu (HBMEC) wykazała wysoki poziom dodatniości dla VE-kadheryny (80,9%) i Glut1 (94,2%), zgodnie z oczekiwaniami, a dodatni wynik zaobserwowano również dla C3aR, chociaż w mniejszym stopniu ( 34,3%) (rysunek uzupełniający 1D). Razem, te wyniki ustaliły ekspresję C3aR w komórkach śródbłonka naczyń mózgowych i wspierały oś sygnalizacyjną obejmującą astroglejowe C3 i śródbłonkowe C3aR w BBB.

Sygnalizacja C3a/C3aR reguluje związaną z wiekiem ekspresję VCAM1 w śródbłonku. (A) Pomiar ELISA poziomów C3 w lizatach mózgu myszy WT po 2, 12 i 20 miesiącach (n = 8/grupa). (b) Barwienie immunofluorescencyjne przy użyciu przeciwciał anty-GFAP i anty-C3 wykazało lokalizację C3 w astrocytach. (C) Ocena ilościowa potwierdzająca wzrost barwienia C3 w astrocytach GFAP + w hipokampie wraz z wiekiem (n = 5/wiek). (D) Potrójne barwienie immunologiczne izolowanych naczyń z WT i C3ar1 –/– mózgi stosujące przeciwciała anty-GFAP, anty-VE-kadheryna i anty-C3aR wykazujące pozytywne barwienie C3aR wzdłuż powierzchni komórek śródbłonka, które nie było obecne w C3ar1 –/– statki. (mi) Potrójne barwienie immunologiczne tkanki mózgowej anty-Glut1, anty-C3aR i anty-CD31 lub anty-PDGFR-β, anty-C3aR i anty-Col IV, wykazujące ekspresję C3aR na komórkach śródbłonka mózgu, ale nie na pericytach. (F oraz g) Barwienie immunofluorescencyjne i oznaczanie ilościowe przy użyciu przeciwciał anty-CD31 i anty-VCAM1 WT lub C3ar1 –/– Kora myszy w wieku 2, 12 i 20 miesięcy wykazywała wzrost VCAM1 z wiekiem u myszy WT, ale VCAM1 uratowano przy braku C3aR. Wszystkie dane przedstawiają średnią ± SEM. Istotność obliczono za pomocą jednoczynnikowej analizy ANOVA z testem post hoc Tukeya (*P <0,05, **P < 0,01, ***P <0,001). Słupki skali: 20 μm (b), 10 μm (D), 15 μm (mi) i 50 μm (F).

Aby ocenić funkcjonalną rolę tego szlaku sygnałowego, najpierw przeanalizowaliśmy ekspresję VCAM1, ponieważ jest ona zaangażowana w aktywację komórek śródbłonka mózgu za pośrednictwem dopełniacza w modelach zapalenia nerwów wywołanych LPS (29) i niedokrwienia (30). Koimmunofluorescencyjne znakowanie naczyń korowych mózgu ujawniło, że ekspresja VCAM1 była ograniczona do naczyń CD31+, gdzie jej poziomy wzrastały wraz z wiekiem u myszy WT, ale nie u myszy WT. C3ar1-null myszy (Rysunek 1, F i G). Podobne zmniejszenie naczyniowego VCAM1 zaobserwowano również po leczeniu 2-, 12- i 20-miesięcznych myszy antagonistą C3aR (C3aRA) SB290157 (rysunek uzupełniający 2, A i B), co dodatkowo potwierdza nasze badanie genetyczne i walidację hamujące działanie C3aRA. To samo było prawdą, gdy analizowano próbki hipokampa (rysunek uzupełniający 2C). Następnie przeprowadziliśmy głębszą analizę, mierząc Vcam1 Poziomy mRNA w sortowanych FACS mysich komórkach śródbłonka mózgu z 2-, 12- i 20-miesięcznych kohort traktowanych nośnikiem lub C3aRA, które wykazały wzrost Vcam1 ekspresja wraz z wiekiem w próbkach traktowanych nośnikiem, ale osłabiona ekspresja przy traktowaniu C3aRA (rysunek uzupełniający 2D).

Aby uzasadnić ten szlak sygnalizacyjny w ludzkich komórkach i przetestować bezpośredni wpływ sygnalizacji C3a/C3aR, potraktowaliśmy pierwotne HBMEC rekombinowanym ludzkim C3a, z lub bez C3aRA, i stwierdziliśmy znaczny wzrost Vcam1 ekspresję przez traktowanie C3a, które zostało stłumione w obecności C3aRA (rysunek uzupełniający 2E). Co ciekawe, inne cząsteczki adhezyjne, a mianowicie Sele oraz Icam1, nie zostały znacząco zmienione przez to leczenie (rysunek uzupełniający 2, F i G). Dodatkowo podobne intensywności immunologiczne ICAM1 (rysunek uzupełniający 2, H–J) i Icam1 Poziomy mRNA (rysunek uzupełniający 2K) wykryto w mózgach myszy w wieku 2 i 20 miesięcy. Łącznie dane te potwierdzają zarówno konieczność, jak i wystarczalność sygnalizacji C3a w modulowaniu ekspresji VCAM1 w komórkach śródbłonka mózgu.

Następnie zbadaliśmy funkcjonalną konsekwencję regulacji w górę VCAM1 za pośrednictwem C3. Wykazano wcześniej, że zwiększona liczba limfocytów obwodowych znajduje się w starzejącym się mózgu (31) i znajduje się w niszy nerwowych komórek macierzystych strefy podkomorowej (13). Ponieważ cząsteczki adhezyjne regulują proces toczenia adhezji i wynaczynienia komórek odpornościowych, postawiliśmy hipotezę, że zwiększona ekspresja VCAM1 w mózgu w układzie naczyniowym podczas starzenia może być związana ze zwiększoną infiltracją obwodowych komórek odpornościowych. Stosując FACS do odróżnienia CD45 hi /CD11b – limfocytów od monocytów CD45 hi/mid /CD11b + i mikrogleju w zdysocjowanych tkankach mózgu, stwierdziliśmy rosnący odsetek nacieków CD45 hi /CD11b w wieku 12 i 20 miesięcy w porównaniu z grupą kontrolną w wieku 2 miesięcy (Rysunek 2, A i B). W przeciwieństwie do tego, monocyty nie uległy istotnej zmianie wraz z wiekiem (rysunek uzupełniający 3A). Następnie zapytaliśmy, czy oprócz zmniejszenia poziomu ekspresji VCAM1, blokowanie sygnalizacji C3aR może zmniejszyć związaną z wiekiem infiltrację limfocytów. Analiza cytometrii przepływowej dzieci w wieku od 12 do 14 miesięcy C3ar1 –/– myszy wykazały zmniejszenie całkowitego odsetka limfocytów naciekających CD45 hi /CD11b w mózgu w porównaniu z kontrolami WT (Rysunek 2, C i D), podczas gdy monocyty nie uległy zmianie (Rysunek uzupełniający 3B). Podobne zmniejszenie liczby limfocytów naciekających CD45 hi/CD11b, ale nie monocytów, zaobserwowano po leczeniu 20-miesięcznych myszy WT C3aRA (rysunek uzupełniający 3, C-E).

Oś C3aR/VCAM1 sprzyja naciekaniu limfocytów obwodowych podczas starzenia. (A) Reprezentatywne wykresy cytometrii przepływowej CD45 i CD11b oraz strategia bramkowania zdysocjowanego mózgu myszy po 2 miesiącach, 12 miesiącach i 20 miesiącach. LY, limfocyt MN, monocyt MG, mikroglej DN, podwójnie ujemny. (B) Analiza cytometrii przepływowej i ilościowe oznaczenie odsetka limfocytów naciekających (2 miesiące) n = 12, 12 miesięcy n = 7, 20 miesięcy n = 12) wykazały wzrost związany z wiekiem. (C oraz D) Analiza cytometrii przepływowej i ocena ilościowa limfocytów mózgu u 12–14-miesięcznej WT (n = 9) i C3ar1 –/– (n = 10) myszy wykazały zmniejszenie wieku C3ar1 –/– myszy. Wszystkie dane przedstawiają średnią ± SEM. Istotność obliczono za pomocą jednoczynnikowej analizy ANOVA z testem post hoc Tukeya (**P < 0,01, ***P <0,001).

Biorąc pod uwagę, że ostre zapalenie układu nerwowego indukuje naciek obwodowych komórek odpornościowych (29), zbadaliśmy rolę C3aR w rekrutacji tych komórek po podaniu dożylnym. podawanie LPS w 3–4 miesięcznym WT i C3ar1 –/– myszy (rysunek uzupełniający 4A). Jak oczekiwano, prowokacja LPS doprowadziła do zwiększonej infiltracji limfocytów (rysunek uzupełniający 4B) i monocytów (rysunek uzupełniający 4C) w mózgach myszy WT. Natomiast ablacja genetyczna C3ar1 stępiła naciek CD45 hi /CD11b – limfocyty obwodowe (ryc. uzupełniający 4B), podczas gdy liczba komórek monocytów była tylko nieznacznie zaburzona (ryc. uzupełniająca 4C). Zgodnie ze specyficzną regulacją VCAM1 przez sygnalizację C3a/C3aR, usunięcie C3ar1 znacznie stłumione Vcam1 ekspresja genów indukowana przez LPS bez wpływu Sele oraz Icam1 w sortowanych FACS komórkach śródbłonka mózgu (rysunek uzupełniający 4D).

Aby ocenić, czy ostre zapalenie nerwów wywołane przez LPS wpływa na przepuszczalność BBB, przeanalizowaliśmy każdą grupę, stosując wstrzyknięcie do żyły ogonowej nieprzenikliwego barwnika TRITC-dekstranu BBB (65–85 kDa). Co ciekawe, nie było znaczącego wzrostu przepuszczalności BBB pod ostrymi bodźcami neurozapalnymi, które przyczyniły się do tego zdarzenia nacieku (rysunek uzupełniający 4E). Aby potwierdzić indukcję zapalenia nerwów przez LPS, przeanalizowaliśmy posortowany mikroglej od zwierząt, którym podawano nośnik i LPS i znaleźliśmy zgodne sygnatury odpowiedzi genów mikrogleju, jak wcześniej pisaliśmy (27) (Figura uzupełniająca 4F).

Razem, wyniki te sugerują, że C3a działa przez śródbłonkowy C3aR, promując ekspresję VCAM1 i że zarówno podczas starzenia, jak i ostrego zapalenia nerwów, szlak ten odgrywa rolę w selektywnej infiltracji limfocytów do mózgu.

Limfocyty T CD8+ preferencyjnie infiltrują starzejący się mózg. Następnie zbadaliśmy podtypy limfocytów naciekające starzejący się mózg i porównaliśmy je z komórkami starzejącej się śledziony, aby lepiej zrozumieć globalne zmiany w składzie limfocytów w starzejących się tkankach. Zdysocjowane komórki z mózgu lub śledziony 20-miesięcznych myszy WT poddano immunobarwieniu przy użyciu przeciwciał anty-CD45, anty-CD11b, anty-CD3ε, anty-CD19, anty-CD8a i anty-CD4. Po wybarwieniu przeciwciałem komórki analizowano metodą cytometrii przepływowej w celu odróżnienia monocytów, mikrogleju i limfocytów (Figura 3A, lewe panele). Dalsze subtypowanie przeprowadzono w celu analizy składu limfocytów T w porównaniu z limfocytami B (Figura 3A, panele środkowe) oraz subtypowanie limfocytów T w celu odróżnienia limfocytów T CD8+ w porównaniu z CD4+ (Figura 3A, panele po prawej). U 20-miesięcznych myszy WT odkryliśmy, że naciekające limfocyty stanowiły głównie CD3+ (75%) w porównaniu z CD19+ (10%), a analiza dopasowanych śledzion wykazała znacznie więcej komórek CD19+ (65%) w porównaniu z CD3+ (25). %) komórek (Figura 3B), co sugeruje, że starzejący się mózg preferencyjnie rekrutował limfocyty T CD3+ w porównaniu ze starzejącą się śledzioną. Dalsza analiza mózgowych limfocytów T CD3+ wykazała, że ​​większość stanowiły limfocyty T CD8+ (75%) zamiast limfocytów T CD4+ (15%), co również było odwrotnie skorelowane z tkanką obwodową śledziony, gdzie limfocyty T CD4+ były znacznie bardziej liczniejsze niż limfocyty T CD8+ (Figura 3C). Dane te sugerują, że komórki T CD8+ były preferencyjnie rekrutowane do starzejącego się mózgu w porównaniu z innymi podzbiorami limfocytów.

Komórki T CD8+ są preferencyjnie rekrutowane i naciekają starzejący się mózg. (A) Schemat analizy metodą cytometrii przepływowej zdysocjowanych komórek naciekających w 20-miesięcznym mózgu lub śledzionie przy użyciu barwienia przeciwciałem przeciwko CD45, CD11b, CD3ε, CD19, CD8a i CD4. TC, komórki T BC, komórki B. (b) Ilościowa analiza cytometrii przepływowej wykazała głównie limfocyty T CD3+ w mózgu w porównaniu ze śledzioną, która wykazała głównie limfocyty B CD19+ (n = 7/grupa). (C) Ocena ilościowa limfocytów T wykazała, że ​​dominującym podtypem wzbogaconym w mózgu były limfocyty T CD8+ w porównaniu z limfocytami T CD4+ w śledzionie (n = 7/grupa). (D) Reprezentatywne barwienie immunologiczne 2-miesięcznej i 20-miesięcznej tkanki mózgowej przy użyciu przeciwciał anty-CD8a i anty-Col IV w celu określenia regionalnego nacieku komórek układu odpornościowego w mózgu. (mi) Powiększony obraz z D podkreślając typy infiltrowanych komórek, które zostały zliczone do analizy. (F) Ocena ilościowa regionalnego rozmieszczenia nacieków limfocytów T CD8+ w 4 głównych obszarach mózgu (n = 4/grupę, 2 skrawki tkanki na mysz). CTX, kora THAL, wzgórze CPU, skorupa ogoniasta HPC, hipokamp. (g) Reprezentatywne obrazy 3 różnych etapów naciekania obserwowanego we wszystkich obszarach mózgu: przebywanie okołonaczyniowe (panel lewy), wynaczynienie (panel środkowy) i nadzór miąższowy (panel prawy). Dane w b oraz C reprezentują średnią ± SEM. Analizę przeprowadzono za pomocą jednoczynnikowej analizy ANOVA z testem post hoc Tukeya (***P <0,001). Dane w F to wykresy skrzypcowe przedstawiające mediany i zakresy kwartylowe. Analizę przeprowadzono za pomocą dwukierunkowej analizy ANOVA z testem post hoc Holma-Sidaka (*P <0,05, ***P <0,001). Słupki skali: 100 μm (D), 50 μm (mi), 10 μm (g).

Aby dalej ocenić, czy ta zależna od wieku zmiana była specyficzna dla miąższu mózgu, reprezentującego potencjalny naciek, wyizolowaliśmy tkankę splotu naczyniówkowego z komór mózgowych myszy w wieku 2 i 20 miesięcy przed dysocjacją i przeprowadziliśmy podobne analizy, jak wspomniano powyżej, stosując śledziona jako kontrola. Stosując tę ​​samą strategię bramkowania cytometrii przepływowej, zaobserwowano zwiększoną liczbę limfocytów CD3+ i CD8+ tylko w starzejącym się mózgu, ale nie w starzejącej się tkance splotu naczyniówkowego (ryc. uzupełniający 5, A–C) lub śledzionie (ryc. uzupełniający 5, D– F). Dane te sugerują, że związany z wiekiem naciek limfocytów CD8+ był specyficzny dla miąższu mózgu i nie występował w innych bogatych w komórki odpornościowe regionach mózgu lub tkankach obwodowych.

Aby potwierdzić, że komórki obwodowe są rekrutowane i infiltrują starzejący się mózg, zastosowaliśmy model myszy reporterowej mT/mG, który wytwarza tdTomato pod ROSA26 locus (32). Po skrzyżowaniu z myszami Mx1-Cre i aktywowaniu przez traktowanie obwodowym poli I:C (poliinozynowy:kwas policytydylowy), komórki reagujące na Cre na obwodzie rekombinowały z ekspresją EGFP, wytwarzając chimeryczną mysz (MXG) (rysunek uzupełniający 6A). Analiza PBMC potwierdziła, że ​​około 40% PBMC zostało przekształconych w ekspresję EGFP u myszy MXG (rysunek uzupełniający 6, B-D). Aby ocenić infiltrację mózgu komórek obwodowych EGFP + podczas starzenia, wstrzyknęliśmy myszom poli I:C w wieku 2 miesięcy i pozwoliliśmy myszom dojrzeć do 15 miesięcy. Analiza cytometrii przepływowej zdysocjowanych mózgów wykazała, że ​​około połowa naciekających limfocytów CD45 hi /CD11b – wyrażała EGFP w 15-miesięcznych mózgach MXG (rysunek uzupełniający 6, E-G), wykazując, że limfocyty w starszych mózgach pochodziły obwodowo. Obrazowanie konfokalne starzejącej się tkanki mózgowej potwierdziło obecność obwodowych komórek odpornościowych nacieczonych EGFP+ wzdłuż podstawno-bocznej powierzchni naczyń mózgowych tdTomato + EGFP, co dodatkowo wskazuje na obwodowe pochodzenie komórek (rysunek uzupełniający 6H).

Aby lepiej zrozumieć regionalną dystrybucję tych nacieków CD8+, przeanalizowaliśmy tkankę mózgową myszy w wieku 2 i 20 miesięcy poprzez barwienie immunologiczne przeciwciałami przeciwko CD8 w celu oznaczenia interesujących limfocytów T i kolagenu IV (Col IV) w celu oznaczenia podstawy śródbłonka membrana (Rysunek 3, D i E). Poza strefą podkomorową, jak opisano wcześniej (13), było jasne, że limfocyty T CD8 były również obecne w innych obszarach mózgu. Warto zauważyć, że kora, wzgórze, skorupa ogoniasta i hipokamp wszystkie miały znaczną obecność limfocytów T CD8 wraz z wiekiem (Figura 3F). Stwierdzono, że komórki te znajdowały się wzdłuż powierzchni podstawno-bocznej z kolokalizowanym Col IV (lewy panel ryc. 3G), wynaczynionymi z minimalnie skolokalizowanym Col IV (ryc. 3G środkowy panel) lub całkowicie wynaczynionymi do miąższu tkankowego (ryc. 3G prawy panel). Ogólnie rzecz biorąc, odkrycia te wykazały, że podczas starzenia, limfocyty T CD8+ pochodzenia obwodowego preferencyjnie naciekały i zasiedliły się w miąższu mózgu w wielu obszarach tkanek.

Hamowanie C3aR ratuje związane z wiekiem zmiany w morfologii naczyń i przepuszczalności BBB. Następnie określiliśmy wpływ sygnalizacji C3a/C3aR na morfologię naczyń mózgowych w różnym wieku. Przeprowadziliśmy obrazowanie konfokalne i rekonstrukcję 3D układu naczyniowego, uwidocznioną przez barwienie Col IV, i zmierzyliśmy średnią powierzchnię przekroju poprzecznego naczyń włosowatych hipokampa, dzieląc całkowitą objętość Col IV + przez całkowitą długość naczyń włosowatych w każdym zrekonstruowanym obrazie. Naczynia włosowate u młodych myszy wykazywały średnią powierzchnię przekroju około 60 μm 2 , podczas gdy naczynia włosowate u myszy w wieku 12 i 20 miesięcy średnio około 40 μm 2 (Figura 4A). Ta redukcja została częściowo, ale znacząco uratowana u 20-miesięcznego dziecka C3ar1 –/– myszy i myszy leczonych C3aRA (Figura 4B). Analiza każdego składnika tego pomiaru wykazała zmniejszenie całkowitej objętości naczyń (rysunek uzupełniający 7A) i wzrost długości naczynia (rysunek uzupełniający 7B) podczas starzenia, z których oba przyczyniły się do zmniejszenia średniej powierzchni przekroju. Dodatkowo naczynia CD31+ wykazywały wyższy stopień krętości w starzejącym się hipokampie, jak wcześniej zdefiniowano ich morfologią przypominającą korkociąg (33, 34) (ryc. 4C, zaznaczone prostokątami). Zjawisko to powiązano ze zmniejszonym przepływem hemodynamicznym i niedotlenieniem w dotkniętych obszarach mózgu (33, 34). Ogólna częstość występowania krętych segmentów naczyń wzrosła w przybliżeniu 2- i 4-krotnie odpowiednio o 12 i 20 miesięcy w porównaniu z obserwowaną u 2-miesięcznych myszy (Figura 4, C i D). Ten fenotyp naczyniowy został uratowany przez ablację genetyczną C3ar1 i leczenie C3aRA u 20-miesięcznych myszy (Figura 4, C i D). Zatem blokowanie C3aR znacząco poprawiło morfologię naczyń u starszych myszy.

Hamowanie C3aR ratuje związane z wiekiem zmiany w morfologii naczyń i przepuszczalności BBB. (A) Reprezentatywne barwienie kolagenu IV + (Col IV) i rekonstrukcja 3D unaczynienia w skrawkach hipokampa wspomagana IMARIS u myszy WT w wieku 2, 12 i 20 miesięcy 20-miesięcznych myszy WT leczonych C3aRA lub 20-miesięcznych -stary C3ar1 –/– myszy. (b) Kwantyfikacja średniego pola przekroju kapilarnego w A (n = 5/grupę, 8 obrazów na mysz). (C) Reprezentatywne barwienie CD31+ i rekonstrukcja 3D naczyń hipokampa u 2-, 12- i 20-miesięcznych myszy WT 20-miesięcznych myszy WT leczonych C3aRA lub 20-miesięcznych C3ar1 –/– myszy. Reprezentatywne kręte naczynia są oznaczone prostokątami. (D) Kwantyfikacja liczby krętych naczyń na obszary hipokampa (n = 5/grupę, 8 obrazów na mysz). (mi) Reprezentatywne współznakowanie lektyny i TRITC-dekstranu w hipokampach w wieku 2 i 20 miesięcy. (F) Ocena ilościowa TRITC-dekstranu MFI z lizatów mózgowych dzieci w wieku 2 miesięcy (n = 13), 12 miesięcy (n = 10) i 20-miesięczny (n = 14) myszy. (g) Ocena ilościowa MFI TRITC-dekstranu 20-miesięcznych myszy traktowanych nośnikiem lub C3aRA (n = 4/grupę). (h) Reprezentatywny obraz naczyń izolowanych od 2- i 12-miesięcznych myszy lub 20-miesięcznych myszy traktowanych nośnikiem lub C3aRA i barwionych anty-VE-kadheryną. (i) Ocena ilościowa barwienia VE-kadheryną wykazała zmniejszoną ekspresję VE-kadheryny u 12- i 20-miesięcznych myszy, co zostało częściowo uratowane u 20-miesięcznych myszy leczonych C3aRA (n = 5/grupa, 5 fragmentów naczyń/mysz). Wszystkie dane przedstawiają średnią ± SEM. Istotność obliczono za pomocą jednoczynnikowej analizy ANOVA z testem post hoc Tukeya (*P <0,05, **P < 0,01, ***P <0,001). Słupki skali N: 20 μm (A oraz C) 50 μm (mi).

Biorąc pod uwagę obserwowane związane z wiekiem zmiany w nacieku limfocytów i morfologii naczyń, zbadaliśmy, czy na integralność BBB wpływa sygnalizacja C3a/C3aR. Zastosowaliśmy wcześniej opisaną metodę pozwalającą na wykrycie obwodowego wycieku fluorescencyjnego dekstranu do mózgu (35) (Figura 4E). Po 2 miesiącach prawie nie wykryto fluorescencyjnego dekstranu w tkankach mózgu, podczas gdy w 20-miesięcznych mózgach zaobserwowano silny wzrost sygnału fluorescencyjnego, zlokalizowanego wokół lektyny + układu naczyniowego (Figura 4E). Ilościowa ocena poziomu dekstranu w homogenatach mózgu myszy w wieku 2, 12 i 20 miesięcy wykazała zależny od wieku wyciek znacznika do mózgu w wieku 12 miesięcy (

3-krotnie) (Rysunek 4F). Leczenie 20-miesięcznych myszy C3aRA skromnie, ale znacznie zmniejszyło wyciek znacznika (Figura 4G).

Aby dalej scharakteryzować związane z wiekiem zmiany integralności BBB, zbadaliśmy połączenia międzykomórkowe VE-kadheryna + za pomocą mikroskopii konfokalnej w naczyniach izolowanych z mózgów myszy w wieku 2, 12 i 20 miesięcy (28) z lub bez leczenia C3aRA (ryc. 4H i uzupełniający rysunek 7C). Ocena ilościowa immunoreaktywności w dużych naczyniach (Figura 4I) i naczyniach włosowatych (Figura uzupełniająca 7D) ujawniła związaną z wiekiem regulację w dół VE-kadheryny, ze skromnym, ale znaczącym ratunkiem przez leczenie C3aRA. Zgodnie z tym, analiza ekspresji genów komórek śródbłonka mózgu sortowanych metodą FACS wykazała zależne od wieku zmniejszenie Cdh5 (kodowanie VE-kadheryny) w wieku 12 i 20 miesięcy, wraz z redukcją Ocln, Tjp1, oraz Cldn5 mRNA (rysunek uzupełniający 7E), odzwierciedlające upośledzoną ekspresję składników połączenia. Te zależne od wieku redukcje wykazywały tendencję lub były znacząco przywrócone po leczeniu C3aRA (rysunek uzupełniający 7E). Razem dane te sugerują, że hamowanie C3aR częściowo przywróciło integralność BBB w starych mózgach.

Zakłócenie bariery, w którym pośredniczy C3a, obejmuje mobilizację Ca2+, aktywację cytoszkieletu i rozerwanie VE-kadheryny. Aby wyjaśnić mechanizm przenikania BBB za pośrednictwem C3a in vitro, wykorzystaliśmy pomiary przezśródbłonkowej oporności elektrycznej (TEER). Używając elektrod typu chopstick i omomierza EVOM2 do pomiaru rezystancji prądu elektrycznego w izolowanym systemie, mogliśmy bezpośrednio przetestować wpływ różnych cząsteczek w modelu barierowym in vitro (rysunek 5A). Nasz model zawierał kokulturę pierwotnych ludzkich astrocytów hodowanych przez 2 dni na powierzchni abluminalnej półprzepuszczalnej błony przed dodaniem HBMEC, które hodowano na powierzchni światła przez kolejne 4 dni, podczas gdy TEER monitorowano pod kątem optymalnej odporności przed rozpoczęciem leczenie. Najpierw sprawdziliśmy zdolność tego systemu do generowania powtarzalnej bariery. Używając TEER jako odczytu, porównaliśmy oporność błony bezkomórkowej z barierami utworzonymi przez pierwotne astrocyty lub komórki śródbłonka lub przez komórki śródbłonka współhodowane z komórkami HeLa lub pierwotnymi astrocytami. Odkryliśmy, że komórki śródbłonka hodowane wspólnie z astrocytami, ale nie z komórkami HeLa, znacznie zwiększyły TEER (rysunek uzupełniający 8, A i B), wykazując, że astrocyty promowały integralność BBB in vitro.

Zakłócenie bariery, w którym pośredniczy C3a, jest zależne od mobilizacji Ca2+ i zmienia kadherynę VE poprzez aktywację cytoszkieletu. (A) Schemat analizy TEER przy użyciu kokultury astrocytów i komórek śródbłonka. (b) Wartości TEER w kokulturach traktowanych nośnikiem, C3a, C3a z C3aRA lub IL-1β przez 0, 1, 4, 12 i 24 godziny. (C) Ilościowe określenie procentowego zmniejszenia TEER po 24 godzinach od zabiegów zarejestrowanych w b. (D) Wartości TEER w kokulturach traktowanych nośnikiem, C3a lub C3a z C3aRA lub BAPTA-AM przez 24 godziny. (mi) Ilościowe określenie procentowej redukcji TEER po 24 godzinach od zabiegów w D. Wszystkie eksperymenty TEER przeprowadzono 2 razy z duplikatami i znormalizowano do dołków kontrolnych w punkcie czasowym błon bezkomórkowych. (F) Reprezentatywne obrazy immunofluorescencyjne ludzkich komórek śródbłonka mikronaczyniowego mózgu (HBMEC) traktowanych nośnikiem, C3a lub kombinacją C3a plus C3aRA (C3a/C3aRA), BAPTA-AM (C3a/BAPTA) lub W7 (C3a/W7) przez 2 godzin i barwiono przeciwciałami anty-pMLC i anty-VE-kadheryna. (g) Oznaczenie ilościowe pMLC lub kadheryny VE MFI wykazało wzrost pMLC, ale nie kadheryny VE (n = 7 obszarów z 3 powtórzeń po 250–300 komórek/stan). (h) Reprezentatywne obrazy immunofluorescencyjne HBMEC traktowanych jak podano w F stosując przeciwciała anty-pMLC i anty-VE-kadheryna 24 godziny po leczeniu. (K) Ocena ilościowa pMLC lub kadheryny VE MFI wykazał znormalizowane poziomy pMLC, ale obniżył poziom kadheryny VE (n = 7 obszarów z 3 powtórzeń po 250–300 komórek/stan). Wszystkie dane przedstawiają średnią ± SEM. Analizę przeprowadzono na podstawie średniego procentowego spadku TEER przy użyciu jednoczynnikowej analizy ANOVA z testem post hoc Tukeya (*P <0,05, **P < 0,01, ***P <0,001). Skala: 10 μm.

Aby przetestować wpływ sygnalizacji C3aR, traktowaliśmy kokultury ludzkich komórek śródbłonka i astrocytów rekombinowanym ludzkim C3a i stosowaliśmy traktowanie IL-1β, o którym wiadomo, że zakłóca integralność bariery, jako kontrolę pozytywną (36). Po 24-godzinnym traktowaniu stwierdziliśmy, że traktowanie C3a skutkowało znacznym zmniejszeniem TEER, podobnie jak IL-1β (Figura 5, B i C). Leczenie C5a miało marginalny, ale nieistotny statystycznie efekt (rysunek uzupełniający 8, C i D). Indukowana przez C3a dysfunkcja bariery została zablokowana, gdy hodowle traktowano jednocześnie C3aRA (Figura 5, B i C).

Aby dalej wyjaśnić mechanizm przepuszczalności BBB, w którym pośredniczy C3aR, zbadaliśmy wewnątrzkomórkowy Ca2+ jako potencjalny drugi przekaźnik, biorąc pod uwagę poprzednie doniesienia, że ​​aktywacja C3aR wyzwala uwalnianie Ca2+ (37). Traktowanie kokultur jonomycyną skutkowało drastycznym zmniejszeniem TEER (rysunek uzupełniający 8, E i F), co sugeruje, że uwalnianie Ca2+ było wystarczające do zwiększenia przepuszczalności bariery. Jednoczesne traktowanie z C3a i chelatorem wapnia BAPTA-AM, w celu zablokowania sygnalizacji Ca2+, doprowadziło do ratowania redukcji TEER za pośrednictwem C3a do poziomu obserwowanego przy interwencji C3aRA (ryc. 5, D i E), co sugeruje, że uwalnianie wapnia było podstawowy mechanizm przepuszczalności bariery za sygnalizacją C3a/C3aR.

Następnie postanowiliśmy zbadać związek między zmianami w VE-kadherynie i Ca 2+, które mogą skutkować zwiększoną przepuszczalnością bariery po aktywacji C3aR. Wcześniejsze prace wykazały, że różne linie komórek śródbłonka reagują na C3a, tworząc włókna naprężenia aktynowego w komórce (25).Po aktywacji zależnej od wapnia kinazy kalmoduliny, kinaza lekkiego łańcucha miozyny (MLC) jest w stanie fosforylować białko motoryczne MLC w Ser19 (pMLC), powodując tworzenie włókien stresowych (38). Wiadomo, że aktywacja tego szlaku inicjuje fizyczny stres rozciągający w błonie komórkowej, zaburzając połączenia VE-kadheryna+ i integralność BBB (39). Dlatego postawiliśmy hipotezę, że C3a może wywołać uwalnianie wapnia potrzebne do przerwania połączeń VE-kadheryna +, co skutkuje przepuszczalnością BBB.

Aby przetestować tę hipotezę, potraktowaliśmy pojedyncze warstwy komórek śródbłonka samym C3a lub razem z C3aRA, BAPTA-AM lub inhibitorem kalmoduliny W7. Barwienie immunofluorescencyjne komórek traktowanych samym C3a przez 2 godziny wykazało silny wzrost zarówno włókien stresu falloidyna + F-aktyna, jak i nakładający się sygnał pMLC (rysunek uzupełniający 9A). Aby określić ilościowo dynamikę tej odpowiedzi komórkowej, przeanalizowaliśmy zmiany po 2 godzinach, podczas opadania integralności bariery, mierzonej analizą TEER, po stymulacji C3a. Zaobserwowaliśmy silny wzrost pMLC zarówno przez immunofluorescencję (ryc. 5, F i G), jak i immunoblotting (ryc. uzupełniający 9, B i C), z których oba zostały zablokowane przez traktowanie C3aRA, BAPTA lub W7. Analizując wpływ na VE-kadherynę, nie zauważyliśmy wyraźnych zmian ani w wyniku immunofluorescencji (ryc. 5, F i G), ani metodą immunoblottingu (ryc. uzupełniający 9, B i D) we wszystkich warunkach, co sugeruje, że tworzenie włókien stresowych F-aktyny a aktywacja pMLC, ale nie zmiana białka VE-kadheryny, była zaangażowana we wczesną fazę sygnalizacji C3a/C3aR. Jednakże, po 24 godzinach traktowania C3a, poziomy pMLC znormalizowały się, ale poziomy kadheryny VE zostały znacznie zmniejszone zarówno przez barwienie immunofluorescencyjne (Figura 5, H i I) jak i przez immunoblotting (Figura uzupełniająca 9, E i G). Jednoczesne leczenie C3aRA, BAPTA lub W7 znormalizowanym kadheryną VE bez wpływu na pMLC (ryc. 5I i Ryc. uzupełniający 9, E-G).

Ogólnie rzecz biorąc, dane te ustaliły, że wewnątrzkomórkowy Ca2+ jest drugim przekaźnikiem w dół od sygnalizacji C3a/C3aR, który pośredniczy w aktywności pMLC i homeostazie kadheryny VE w komórkach śródbłonka. Te odkrycia sugerują, że istnieją 2 fazy w odpowiedzi śródbłonka na C3a. Po pierwsze, faza przejściowa (2 godziny), w której komórki śródbłonka szybko i szybko reagują na sygnalizację C3a poprzez tworzenie włókien stresowych, po której następuje nieudana zdolność do utrzymywania poziomów białka VE-kadheryny, prowadząca do przepuszczalności bariery (24 godziny).

Swoista dla komórek śródbłonka delecja C3ar1 ratuje fenotypy naczyniowe, zmniejsza reaktywność mikrogleju i koryguje neurodegenerację związaną z wiekiem. Ponieważ C3ar1 ablacja genetyczna i farmakologiczna inhibicja C3aR były w stanie uratować związane z wiekiem zmiany w układzie naczyniowym mózgu. Postawiliśmy hipotezę, że specyficzna ablacja śródbłonka wykaże podobne efekty jak globalne celowanie i że taka manipulacja wpłynie ogólnie na związane z wiekiem zapalenie nerwów. Powyższe badania in vitro potwierdzają rolę śródbłonkowego C3aR w pośredniczeniu w przepuszczalności bariery. Aby bezpośrednio przetestować tę hipotezę, wyhodowaliśmy myszy z warunkową delecją C3ar1 w komórkach śródbłonka przez skrzyżowanie a C3ar1-floxed allel ( 40 ) z Tie2-Cre ( 41 ) myszy do wygenerowania C3ar1 fl/fl Tie2-Cre (T2KO) myszy. Kolega z miotu C3ar1 +/+ oraz C3ar1 fl/fl myszy zastosowano jako kontrole. Nokaut swoisty dla typu komórki został potwierdzony przez obrazowanie immunofluorescencyjne (rysunek uzupełniający 10A).

Barwienie koimmunofluorescencyjne myszy kontrolnych i myszy T2KO w wieku 3 i 12–14 miesięcy przeciwciałami anty-VCAM1 i anty-CD31 wykazało znaczący wzrost sygnału VCAM1 w naczyniach korowych w wieku 12–14 miesięcy w grupie kontrolnej (ryc. 6A). Podobnie do delecji linii zarodkowej, związany z wiekiem wzrost ekspresji VCAM1 był prawie całkowicie osłabiony u myszy T2KO (Figura 6, A i B), co było również widoczne w hipokampie (Figura uzupełniająca 10, B i C). Analiza morfologii naczyń za pomocą barwienia CD31 i rekonstrukcji 3D wykazała znaczne zmniejszenie powierzchni przekroju naczynia u 12-14-miesięcznych myszy kontrolnych w porównaniu z myszami 3-miesięcznymi (Rysunek 6, C i D). Zgodnie z barwieniem VCAM1, śródbłonkowa delecja C3ar1 było wystarczające, aby uratować związane z wiekiem zmiany morfologii naczyń (ryc. 6, C i D). Dane te wykazały, że konkretnie ablacja C3ar1 w komórkach śródbłonka uratowano związane z wiekiem zmiany w unaczynieniu mózgu, podobne do globalnej ablacji i farmakologicznej inaktywacji. Tak więc śródbłonkowy C3aR odgrywał autonomiczną komórkową rolę w pośredniczeniu w zależnych od wieku zmianach w zapaleniu naczyń i morfologii.

Warunkowe znokautowanie C3ar1 w komórkach śródbłonka mózgu ratuje związane z wiekiem fenotypy naczyniowe. (A) Reprezentatywne obrazy podwójnego barwienia VCAM1 i CD31 ze śródbłonka w wieku 3 miesięcy i 12 do 14 miesięcy C3ar1 myszy z warunkowym nokautem (T2KO) i zwierzęta kontrolne z tego samego miotu (CTRL) wykazujące zwiększoną ekspresję VCAM1 z wiekiem u myszy CTRL, ale tłumioną ekspresję w T2KO. (b) Kwantyfikacja intensywności VCAM1 A. (C) Reprezentatywne barwienie CD31 i rekonstrukcja 3D 3-miesięcznych i 12- do 14-miesięcznych myszy CTRL i T2KO. (D) Kwantyfikacja średnich powierzchni przekroju CD31 +. Wszystkie dane przedstawiają średnią ± SEM z n = 4/grupę. Analiza dla AF przeprowadzono za pomocą jednokierunkowej analizy ANOVA z testem post hoc Tukeya (**P < 0,01, ***P <0,001). Skala: 50 μm.

Wcześniej donoszono, że zmniejszenie ekspresji VCAM1 w komórkach śródbłonka może korzystnie wpływać na funkcjonowanie mózgu (11). Zbadaliśmy zatem, czy hamowanie osi C3aR/VCAM1 w komórkach śródbłonka może wpływać na reaktywność mikrogleju. Koimmunobarwienie 2- i 12-miesięcznych WT i C3ar1 –/– myszy z markerem mikrogleju IBA1 i markerem fagocytarnego mikrogleju, CD68, a następnie analiza kolokalizacji zidentyfikowały wyższy procent sygnału CD68 kolokalizowanego z IBA1 u 12-miesięcznych myszy WT, który został całkowicie znormalizowany przez globalną inaktywację C3aR (Figura 7, A oraz b). Analiza myszy T2KO i ich miotów kontrolnych w wieku 12-14 miesięcy wykazała częściowe, ale znaczące zmniejszenie immunoreaktywności CD68 (ryc. 7, C i D). Wynik ten sugeruje, że chociaż C3aR ulega ekspresji w innych typach komórek, zwłaszcza w mikrogleju, odgrywa również rolę w pośredniczeniu zapalenia nerwów w mózgu poprzez modulację osi śródbłonka C3aR/VCAM1 i promowanie interakcji obwodowych komórek odpornościowych w układzie naczyniowym mózgu.

Linia zarodkowa i warunkowy nokaut C3ar1 ratuje związaną z wiekiem reaktywność mikrogleju i fenotypy neurodegeneracyjne. (A) Reprezentatywne podwójne immunobarwienie IBA1 i CD68 w WT i C3ar1 –/– hipokamp w wieku 2 i 12 miesięcy. (b) Ocena ilościowa immunoreaktywności CD68 w obrębie IBA1 + mikrogleju (n = 4/grupę). (C) Reprezentatywne podwójne immunobarwienie IBA1 i CD68 w hipokampie CTRL i T2KO po 3 miesiącach i 12–14 miesiącach. (D) Ocena ilościowa immunoreaktywności CD68 w obrębie IBA1 + mikrogleju (n = 4/grupę). (mi) Ocena ilościowa objętości hipokampa przez koronalne, seryjnie pocięte próbki tkanek (n = 7–9/grupę, 9 sekcji/zwierzę określone ilościowo). (F) Ocena ilościowa objętości kory śródwęchowej na podstawie próbek tkanek pociętych seryjnie przez koronę (n = 7–9/grupę, 9 sekcji/zwierzę określone ilościowo). Dane dla b oraz mi reprezentują średnią ± SEM, a analizę przeprowadzono za pomocą jednoczynnikowej ANOVA z testem post hoc Tukeya (*P <0,05, **P < 0,01, ***P <0,001). Dane dla D reprezentują średnią ± SEM, a analizę przeprowadzono przy użyciu 2-stronnego testu Studenta T test (**P <0,01). Dane dla F reprezentują średnią ± SEM, a analizę przeprowadzono przy użyciu jednoczynnikowej ANOVA z testem post hoc Holma-Sidaka (*P <0,05, **P <0,01). Skala: 50 μm (A oraz C).

Aby ustalić, czy zmiany komórek odpornościowych wykryte w średnim wieku (12-14 miesięcy) mogą prowadzić do utraty neuronów w późniejszym życiu, przeprowadziliśmy barwienie Nissl skrawków mózgu młodych (3 miesiące) i starych (20 miesięcy) myszy kontrolnych WT i 20-miesięczny C3ar1 –/– i myszy T2KO (rysunek uzupełniający 11) i ilościowo oznaczono objętości kory hipokampa i gruszkowatego/śródwęchowego (rysunek 7, E i F). Stwierdziliśmy łagodne, ale znaczące zmniejszenie objętości tkanek wraz z wiekiem u zwierząt kontrolnych. Co ciekawe, globalna i swoista dla komórek śródbłonka ablacja C3aR doprowadziła do porównywalnego stopnia ratowania (ryc. 7, E i F). Łącznie dane te sugerują, że zablokowanie śródbłonkowej osi C3aR/VCAM1 i przywrócenie morfologii naczyń śródbłonka może przywrócić funkcję mikrogleju i przywrócić zdrowie mózgu podczas starzenia.

C3aR moduluje zmiany naczyniowe u myszy transgenicznych PS19 tau. Nasza poprzednia analiza szeroko stosowanego modelu myszy transgenicznych tau PS19 wykazała zwiększoną sygnalizację C3/C3aR związaną z patologią hiperfosforylowanego tau, taką jak genetyczne usunięcie C3ar1 skutecznie zmniejszyły patologię tau i zapalenie nerwów (22). Badanie wcześniej zgłoszonych transkryptomów mózgowych PS19 i PS19 C3ar1 –/– myszy (22) wyraźnie wykazały zdolność C3aR do modulowania wrodzonej odpowiedzi immunologicznej. Ponadto, analiza nadreprezentacji tych danych dotyczących ekspresji genów wykazała, że ​​szlaki KEGG i Reactome są regulowane w górę w PS19 i obniżone w PS19 C3ar1 –/– , zgodne z aktywacją cytokin, aktywacją i migracją leukocytów, interakcjami cząsteczek adhezyjnych komórek i regulacją lub aktywacją cytoszkieletu, z których wszystkie są zgodne z odpowiedziami śródbłonka na C3a (Figura 8A). Oprócz transkryptów leukocytów w naszej analizie szlaków, specyficzne transkrypty identyfikujące naciek obwodowych komórek odpornościowych (Vcam1, Ptpn22, Cd3e, oraz Cd8a) były również znacząco podwyższone w mózgach PS19 (Figura 8A i Uzupełniająca Figura 12).

Nieprawidłowości naczyniowe u myszy transgenicznych PS19 tau i zależność od C3aR. (A) Analiza RNA-Seq ujawniła znacznie nadreprezentowane szlaki w genach o zróżnicowanej ekspresji (DEG), które były zwiększone u 9-miesięcznych PS19 w porównaniu ze zwierzętami WT (czerwone) i które były zmniejszone u PS19 C3ar1 –/– w porównaniu ze zwierzętami PS19 (niebieskie). Terminy zostały wybrane z wyników w oparciu o ich udział w biologii naczyniowej i naciekaniu komórek układu odpornościowego i wykreślone przez P reprezentatywne wartościowe uratowane geny przyczyniające się do warunków są wymienione (po prawej). (b) Barwienie korowe 9-miesięcznego WT, C3ar1 –/– , PS19 i PS19 C3ar1 –/– naczynia krwionośne hipokampa z CD31 i VCAM1 wykazały znaczny wzrost ekspresji VCAM1 u myszy PS19 i uratowanie tego fenotypu u myszy PS19 niosących C3ar1 usunięcie. (C) Ocena ilościowa immunointensywności VCAM1. (D) Barwienie CD31 i rekonstrukcja 3D wspomagana IMARIS 9-miesięcznego WT, C3ar1 –/– , PS19 i PS19 C3ar1 –/– unaczynienie hipokampa. (mi) Kwantyfikacja średniej powierzchni przekroju poprzecznego naczynia. Wszystkie dane przedstawiają średnią ± SEM z n = 5/grupa. Analizę wszystkich wyników przeprowadzono za pomocą jednoczynnikowej analizy ANOVA z testem post hoc Tukeya (*P <0,05, **P < 0,01, ***P <0,001). Skala: 50 μm.

Biorąc pod uwagę zmiany w procesach śródbłonkowych, oprócz odpowiedzi obwodowych komórek odpornościowych, postawiliśmy hipotezę, że podwyższony szlak C3a/C3aR/VCAM1 przyczynia się do zmian naczyniowych u myszy PS19. Rzeczywiście, analiza koimmunofluorescencyjna naczyń korowych 9-miesięcznych myszy PS19 znakowanych CD31 i VCAM1 wykazała znaczny wzrost ekspresji VCAM1 kolokalizowanej z układem naczyniowym CD31+, a fenotyp ten został przywrócony do poziomu kontrolnego przez ablację C3ar1 (Rysunek 8, B i C). Zwiększonej ekspresji VCAM1 u myszy PS19 towarzyszyło drastyczne zmniejszenie średniej powierzchni przekroju poprzecznego naczyń korowych mózgu (Figura 8, D i E). Zgodnie z analizą starzenia, C3ar1 ablacja u zwierząt PS19 znacząco poprawiła morfologię naczyń (Figura 8, D i E). Dane te ujawniły fenotyp naczyniowy związany z patologią tau i sugerują, że oś śródbłonka C3aR/VCAM1 przyczynia się do dysfunkcji naczyń w tauopatii.

Nasze dane dostarczyły dowodów na to, że aktywacja sygnalizacji C3a/C3aR w komórkach śródbłonka mózgu wywołała wzrost cząsteczki adhezyjnej VCAM1 i zapoczątkowała przemianę zapalną wpływającą na strukturę naczyń mózgowych i funkcję podczas starzenia. Było to związane z infiltracją limfocytów, zmienioną morfologią naczyń, zwiększoną przepuszczalnością BBB i ostatecznie neurodegeneracją związaną z wiekiem. Genetyczne lub farmakologiczne hamowanie C3aR uratowało te związane z wiekiem fenotypy. Nasz model BBB in vitro implikuje śródbłonkowy C3aR w przerwaniu bariery i sugeruje wewnątrzkomórkową sygnalizację Ca2+ oraz lokalizację i ekspresję VE-kadheryny jako mechanizmy leżące u podstaw. Autonomiczny efekt komórkowy śródbłonkowego C3aR został dodatkowo zweryfikowany przez nasze wykazanie, że ablacja swoista dla komórek śródbłonka C3ar1 delecja linii zarodkowej z fenokopii w odniesieniu do fenotypów naczyniowych. Analiza komórek śródbłonka swoistych C3ar1-knockout mouse wspiera również pogląd, że zmiany morfologiczne i funkcjonalne w układzie naczyniowym przyczyniają się do reaktywności mikrogleju i neurodegeneracji związanej z wiekiem. Wreszcie udokumentowaliśmy, że podobne fenotypy naczyniowe i ich zależność od C3aR zaobserwowano u myszy transgenicznych PS19 tau, wspierając wspólny szlak sygnałowy C3a/C3aR/VCAM1 w mediacji zapalenia układu nerwowego w starzeniu się i chorobie neurodegeneracyjnej.

Aby określić funkcjonalną konsekwencję aktywacji osi śródbłonka C3a/C3aR podczas starzenia, przeanalizowaliśmy ekspresję VCAM1 i obwodową infiltrację komórek odpornościowych w mózgu i stwierdziliśmy znaczny wzrost liczby limfocytów T CD8+, podczas gdy genetyczne i farmakologiczne hamowanie szlaku C3a/C3aR zmniejszyła te fenotypy. Prawdopodobnie nastąpiło to w wyniku procesu regulowanego przez VCAM1, ponieważ interakcja między naczyniowym VCAM1 a jego eksprymowanym w limfocytach ligandem VLA-4 jest dobrze ustalona (42). Odkrycia te wskazują na silną zmianę w kierunku zapalenia naczyń w komórkach śródbłonka mózgu podczas starzenia.

Ostatni raport Yousef et al. stwierdził, że podwyższona ekspresja VCAM1 w mózgu aktywuje mikroglej i zmniejsza liczbę nerwowych komórek macierzystych u starszych myszy (11). Zajęli się również wkładem obwodowych komórek odpornościowych, stosując przeciwciała blokujące αVLA-4 u 16-miesięcznych myszy, wykazując ratunek dla tych fenotypów. Praca Dulken et al. zasugerował również, że zwiększona częstość występowania klonalnie namnażonych limfocytów T CD8+ w mózgach 28- do 29-miesięcznych myszy znacząco utrudnia sprawność nerwowych komórek macierzystych w strefie podkomorowej (13). Te odkrycia, wraz z naszymi, wspierają model okresowej infiltracji komórek odpornościowych i ewentualnej ekspansji klonalnej podczas starzenia. Nasze badania hamowania C3aR i blokada VLA-4 zastosowana przez Yousef et al. sugerują, że blokowanie obwodowej rekrutacji komórek odpornościowych podczas starzenia może zmniejszać reaktywność mikrogleju i tłumić aktywowane środowisko neuroimmunologiczne, podczas gdy pozostawienie tego bez kontroli u starych myszy skutkuje dalszą infiltracją komórek T CD8+ i ekspansją klonalną (zarówno wczesnych, jak i późnych rekrutów). Częściowe uratowanie nacieku w naszym 20-miesięcznym modelu hamowania farmakologicznego potwierdza to przypuszczenie o okresowych, zależnych od wieku falach nacieku. Chociaż nasze badanie nie dotyczyło sprawności ani losu nerwowych komórek macierzystych, wykazaliśmy zależny od C3aR wpływ na neurodegenerację związaną z wiekiem w naszym C3ar1- modele myszy null i T2KO. Łącznie, obecne odkrycia sugerują, że po części neurodegeneracja związana z wiekiem może być wywołana przez interakcję obwodowych komórek odpornościowych z mikroglejem lub przekazywanie sygnałów do mikrogleju. Przyszłe badania powinny przeanalizować więcej punktów czasowych, szczególnie na późniejszym etapie życia, aby określić dokładne okna nacieku, które wpływają na funkcjonowanie mózgu i jasno określić rolę tych nacieków komórek T CD8+. Ostatnie prace Kolev et al. wykazali, że obwodowe komórki odpornościowe podnoszą wewnętrzną produkcję C3 po diapedezie do tkanek obwodowych (43). Sugerują one znaczącą rolę w interakcji limfocytów T CD4+ (poprzez LFA-1) ze śródbłonkiem (poprzez ICAM1), ale identyfikują również podobny efekt w limfocytach T CD8+ stymulowanych VCAM1, wykazując wewnętrzną regulację w górę IFN-γ i C3 ( 43). Dalsza analiza tego mechanizmu w odniesieniu do limfocytów T CD8+ i VCAM1 może rzucić światło na potencjalne mechanizmy sprzężenia do przodu wpływające na reaktywność mikrogleju podczas starzenia.

Przeanalizowaliśmy również cechy strukturalne i morfologiczne naczyń mózgowych w hipokampie, ponieważ wcześniej opisywano, że w tym regionie dochodzi do dysfunkcji naczyń związanych z wiekiem w postaci przerwania BBB i zmniejszenia przepływu krwi w mózgu (44, 45). Odkryliśmy, że sygnalizacja C3a/C3aR indukowała zmiany strukturalne w układzie naczyniowym, wpływając na obszar przekroju naczynia i jego krętość, cechy wcześniej związane z upośledzonym przepływem krwi w mózgu i nieprawidłową angiogenezą (34). Potrzebne są dodatkowe prace, aby zrozumieć dokładny wpływ C3a na hemodynamikę. Prace grupy Zlokovic wykazały, że BBB przed chorobą ulega przepuszczalności związanej z wiekiem w hipokampie (10, 44 – 46). Odkryliśmy, że naczynia mózgowe starzejących się myszy były bardziej przepuszczalne dla barwnika znakującego nieprzenikliwego dla BBB i potwierdzili utratę integralności bariery, analizując komórki śródbłonka izolowane FACS, które wykazały upośledzoną ekspresję genów krytycznych genów BBB (Cdh5, Ocln, Tjp1, oraz Cldn5). Nasze dane wykazały, że sygnalizacja C3a/C3aR była częściowo odpowiedzialna za te strukturalne i funkcjonalne zmiany integralności BBB podczas starzenia.

Nasze dane z użyciem dekstranu wskazywały, że naciekanie komórek układu odpornościowego przez ostre leczenie LPS było procesem aktywnym, a nie wynikiem upośledzenia BBB. Ta interpretacja różni się od poprzedniego doniesienia, w którym stosowano białka znakowane izotopami ciężkimi i radioaktywnymi, które wykazały zwiększoną przepuszczalność BBB przez indukcję LPS (47). Chociaż dokładna przyczyna tej rozbieżności nie jest jasna, niedawne prace laboratorium Wyss-Coray zidentyfikowały potencjalnie nowe, związane z wiekiem, mechanizmy transcytozy za pośrednictwem receptorów dla transferu białek przez BBB (48). Możliwe, że podobny mechanizm transcytozy może leżeć u podstaw obecności ciężkich izotopowych lub radioznakowanych białek w mózgu w ostrych modelach neurozapalnych. Biorąc pod uwagę to nowe odkrycie, należy przeprowadzić dalsze prace, aby lepiej zrozumieć przepuszczalność BBB w ostrym zapaleniu nerwów.

Analiza mechanistyczna fenotypu bariery śródbłonkowej sugeruje rolę sygnalizacji za pośrednictwem wapnia w modelu BBB in vitro. Dalsza analiza zidentyfikowała potencjalną odpowiedź fazową, w której początkowa sygnalizacja za pośrednictwem wapnia indukowała fosforylację białka MLC, powodując utratę białka VE-kadheryna na połączeniach międzykomórkowych.Efekty te zostały uratowane przez hamowanie C3aR lub kalmoduliny w hodowlach komórek śródbłonka, ustanawiając silne powiązanie między aktywacją C3a/C3aR a wpływami wapnia w komórkach śródbłonka mózgu. Razem odkrycia te wykazały, że zmiany w strukturze naczyń mózgowych, hemodynamice i przepuszczalności BBB mogą być bezpośrednio modulowane przez reaktywność komórek glejowych i inne zmiany związane z dopełniaczem obserwowane w starszym mózgu.

Głównym celem tego badania jest rola związanych z wiekiem zmian naczyniowych związanych z sygnalizacją C3a/C3aR, jednak zaobserwowano podobną aktywację w modelu tauopatii PS19. W naszym poprzednim badaniu tego modelu (22), zidentyfikowaliśmy kluczową sieć aktywacji mikrogleju zależną od C3aR i wykazaliśmy, że blokowanie C3aR korygowało aktywację mikrogleju i inne zmiany transkrypcyjne. Aktywacja sieci C3a/C3aR wpłynęła również na sygnatury ekspresji genów zgodne z aktywacją obwodowych komórek odpornościowych, zjawiskiem wcześniej zgłoszonym w innych mysich modelach choroby Alzheimera (49, 50). Biorąc to pod uwagę, doszliśmy do wniosku, że upośledzona odpowiedź układu naczyniowego i komórek śródbłonka może być częściowo odpowiedzialna za obecność sygnatur obwodowych komórek odpornościowych. Rzeczywiście, analiza RNA-Seq ujawniła zwiększone poziomy Vcam1, Cd3e, Cd8a, oraz Ptpn22 genów w hipokampie PS19, a histologia ujawniła silnie zmienioną morfologię naczyń. Poprzednia praca Faraco et al. wykazali rolę nadciśnienia w nasilaniu akumulacji hiperfosforylowanego tau, co potwierdza nasze przekonanie, że struktura i funkcja śródbłonka mogą wpływać na patogenezę choroby [51]. Badanie Laurenta i in. zastosował strategię deplecji komórek CD3 + T pokazującą, że Clec7a, Itgax, Cd68, a nawet astrocyta Gfap Poziomy mRNA są zmniejszane przez zubożenie limfocytów T (50). Chociaż nasze obecne badanie nie odnosi się do dalszego wpływu tych zmian naczyniowych, ponieważ odnosi się do progresji choroby, podkreśla możliwą rolę komórek śródbłonka we wzmacnianiu reaktywności mikrogleju poprzez funkcję naczyń i interakcje obwodowych komórek odpornościowych. Razem te badania pozycjonują komórki śródbłonka jako strażników progresji choroby przez oś C3a/C3aR/VCAM1.

Podsumowując, nasza praca identyfikuje potencjalnie nową oś regulacyjną dopełniacza w BBB poprzez śródbłonkowy C3aR. Wskazuje to na kluczową rolę w zależnej od C3aR zapalnej przemianie śródbłonka, co skutkuje zwiększoną ekspresją VCAM1 w starzejącym się mózgu. Nasze dane sugerują, że blokowanie efektów, w których pośredniczy dopełniacz, może mieć znaczący wpływ na poprawę zdrowia naczyń, ratowanie przepuszczalności BBB i zmniejszanie stanu zapalnego układu nerwowego w procesie starzenia i neurodegeneracji. Ponieważ szlak dopełniacza jest regulowany w górę zarówno w ostrych stanach zapalnych, takich jak udar i urazowe uszkodzenie mózgu, jak i w chorobach neurodegeneracyjnych, w szczególności w chorobie Alzheimera, której wiek jest największym czynnikiem ryzyka, nasze odkrycia mają bezpośredni wpływ na patogenezę i ukierunkowanie terapeutyczne tych związanych z wiekiem chorób mózgu.

Aby uzyskać dodatkowe informacje, zobacz Metody uzupełniające.

Myszy i leczenie. Starzejące się myszy C57BL/6J otrzymano ze starzejącej się kolonii gryzoni Narodowego Instytutu Starzenia NIH. C3ar1-niedobór myszy (C3ar1 –/– ) myszy otrzymano z Jackson Laboratory i krzyżowano wstecznie z C57BL/6J przez 5 pokoleń. Myszy trzymano po 2-4 na klatkę w pomieszczeniu wolnym od patogenów z dostępem do pożywienia i wody ad libitum w cyklu 12 godzin światła/12 godzin ciemności. Myszy do warunkowego nokautu były hodowane na mieszanym pochodzeniu myszy Tie2 cre (C57BL/6J) i C3ar1 fl/+ myszy (BALB/c) ( 40 ). Schemat rozmnażania dla badań PS19 został wcześniej opublikowany przez Litvinchuk et al (22). We wszystkich eksperymentach wykorzystano w przybliżeniu jednakową liczbę samców i samic.

Nośnik (0,5% DMSO) lub antagonista C3aR (C3aRA 1 mg/kg) podawano i.p. wstrzykiwany co drugi dzień przez 4 tygodnie. Do i.v. po podaniu LPS, myszy umieszczono w aparacie stereotaktycznym Kopfa, a szklane igły wprowadzono przez odwierty, stosując współrzędne w celu namierzenia komór bocznych (-0,4 mm przednio-tylnych, ±1,0 mm środkowo-bocznych i -2,0 mm grzbietowo-brzusznych od powierzchni czaszki w bregma). LPS (2 μg/ml) lub nośnik (PBS) podawano obustronnie (2 μl z każdej strony).

Analizę BBB prowadzono zgodnie z wcześniejszym opisem (35). W skrócie, myszom wstrzyknięto przez żyłę ogonową 100 µl 10 mg/ml podstawowego TRITC-dekstranu (MW 65-85 kDa Sigma-Aldrich, T1162). Barwnik pozostawiono do naturalnej perfuzji przez 2 godziny, a następnie perfundowano PBS. Jedna półkula została wykorzystana do określenia sygnału fluorescencji TRITC w homogenatach tkankowych (wzbudzenie λ 550 nm, emisja λ 580 nm) przy użyciu czytnika płytek (Molecular Devices Spectra Max i3x). Drugą półkulę utrwalono w 4% PFA przez noc w 4°C i zmieniono na 30% sacharozę. Strzałkowe skrawki mózgu (30 μm) pocięto na mikrotomie ślizgowym, przemyto w PBS i wybarwiono lektyną-649 (Vector Labs, DL-1178) przez 30 minut w temperaturze pokojowej w PBS zawierającym 0,4% Triton X-100, 4% surowica osła i 1% BSA do oznaczenia unaczynienia mózgu. Skrawki zostały zobrazowane na laserowym mikroskopie konfokalnym Leica TCS przy 40x w zanurzeniu w oleju, z Z-krok 0,5 μm w całkowitym zakresie 30 μm.

Hodowlę komórkową. Pierwotne HBMEC uzyskano z Cell Systems (ACBRI 376). Komórki rozmrożono i wysiano do kolb T75 do namnażania w pożywce Lonza EGM2-MV (CC-3202) w celu osiągnięcia hodowli P4. Komórki hodowano do konfluencji, pasażowano w stosunku 1:4 do kolb T75 dla hodowli P5 i pozostawiono do ekspansji do konfluencji przed zamrożeniem (EGM2-MV plus 10% DMSO). Świeże fiolki rozmrożono w celu uzyskania hodowli P6, które wykorzystano we wszystkich dalszych eksperymentach.

Pierwotne ludzkie astrocyty uzyskano z Laboratoriów Badawczych ScienCell (ScienCell, 1800). Komórki rozmrożono i wysiano do kolby T75 do ekspansji w pożywce dla astrocytów (AM) (ScienCell, 1801). Komórki hodowano do stanu bliskiego konfluencji (80%-90%), pasażowano w stosunku 1:4 do kolb T75 i pozwalano na ekspansję aż do stanu bliskiego konfluencji przed zamrożeniem (AM plus 10% DMSO). Świeże fiolki rozmrożono i wykorzystano we wszystkich dalszych eksperymentach.

Pierwotne hodowle mysich astrocytów przygotowano jak opisano wcześniej (20) i oczyszczono stosując negatywną selekcję za pomocą magnetycznych kulek CD11b (Miltenyi Biotec, 130-049-601). Pierwotne komórki HBMEC hodowano na 24- lub 48-studzienkowych płytkach pokrytych 100 μg/ml fibronektyny i powleczonych Col IV. Komórki wysiano w gęstości 2,5 x 105 komórek/cm2. Konfluentne komórki traktowano IL-1β (10 ng/mL, R&D Systems, 201-LB-005), C3a (500 nM, R&D Systems, 3677-C3-025), C5a (250 nM, R&D Systems, 2037-C5 -025), jonomycyna (10 μM, Cayman Chemical, 10004974) lub w połączeniu z jednym z inhibitorów SB290157 (5 μM, Calbiochem, 559410), W7 (50 μM, Tocris, 0369) lub BAPTA-AM (1 μM, Tokrys, 2787). Komórki analizowano po 2 godzinach lub 24 godzinach traktowania.

Analizę TEER przeprowadzono przy użyciu kombinacji pierwotnych HBMEC i pierwotnych ludzkich lub mysich astrocytów we wspólnej hodowli. W skrócie, półprzepuszczalne wstawki transwell (Corning, 3470) powlekano 100 μg/ml fibronektyny i Col IV na powierzchni światła przez 2 godziny w 37°C w PBS. Pozostały roztwór powlekający odessano, a transwells odwrócono i umieszczono w 12-studzienkowych płytkach hodowlanych. Powierzchnię abluminalną pokryto poli-d-lizyną (PDL) w 37°C przez 2 godziny, a pozostały roztwór odessano. Podczas odwrócenia pierwotne astrocyty wysiano na powierzchnię abluminalną w gęstości 1,5 × 105 komórek/cm2 i pozostawiono do przyczepienia się przez 4-6 godzin w 37°C w 100 μL AM (ScienCell). Błony następnie przywrócono do normalnej pozycji na ich oryginalnej płytce hodowlanej, a astrocyty hodowano w AM umieszczone na płytce do hodowli tkankowej (abluminalna). Komórki hodowano przez 48 godzin w 37°C i komórki śródbłonka wysiano w przedziale światła przy gęstości 1,5 x 105 komórek/cm2 w EGM2-MV. Wszystkie odczyty TEER zostały zmierzone przy użyciu elektrod typu chopstick STX2 z woltomierzem/omomierzem EVOM2 (World Precision Instruments). Kultury dojrzewały przez 3–4 dni, a po ustabilizowaniu się TEER (

160–180 Ω), dodano terapie i monitorowano TEER przez 24 godziny. Wszystkie odczyty TEER znormalizowano do średniego odczytu z 2 bezkomórkowych wstawek dla każdego zapisu w punkcie czasowym przed normalizacją względem próbek kontrolnych.

Preparaty naczyń mózgowych. Izolację naczyń mózgowych myszy przeprowadzono jak opisano wcześniej (28) z niewielkimi modyfikacjami. W skrócie, myszy poddano perfuzji PBS, mózgi usunięto i opuszkę węchową móżdżku i pień mózgu odrzucono. Zostały pozbawione opony twardej i opon mózgowych, delikatnie pokrojone żyletką i delikatnie homogenizowane przy użyciu szklanego homogenizatora Dounce (Kontes Glass, 19), wszystko na lodzie. Homogenat odwirowano, supernatant odrzucono, a osad ponownie zawieszono w roztworze dekstranu w celu usunięcia pozostałości mieliny. Otrzymany osad następnie przesączono przez filtr 40 μm, a fragmenty naczynia zatrzymano na filtrze. Filtr następnie odwrócono, umieszczono w 50 ml probówce stożkowej i przepłukano. Fragmenty naczyń granulowano w 300g przez 5 minut i utrwalany w 4% PFA przez 30 minut na lodzie. Naprawiono fragmenty peletkowano w 300g przez 5 minut, przemywano PBS i umieszczano na ręcznie siatkowych szkiełkach do barwienia. Naczynia blokowano PBS zawierającym 0,4% Triton X-100, 4% surowicę oślą i 1% BSA przez 30 minut i inkubowano w roztworze blokującym z przeciwciałem pierwszorzędowym przez noc w 4°C. W zależności od eksperymentu zastosowano przeciwciała pierwszorzędowe: królicze anty-GFAP (MilliporeSigma, G9269), szczurze anty-C3aR (Hycult, 10130173) i kozie anty-mVE-kadheryna (R&D Systems, AF1002). Obrazowanie wykonano na laserowym mikroskopie konfokalnym Leica TCS przy 63× w zanurzeniu w oleju, przy Z-krok 0,5 μm w całym zakresie 10 μm.

Analiza cytometrii przepływowej. Analizę metodą cytometrii przepływowej starych limfocytów mózgu przeprowadzono stosując strategię dysocjacji CoBrA, jak opisano wcześniej (27), z niewielkimi modyfikacjami w celu usunięcia mieliny/odpadów, barwienia przeciwciał i dysocjacji do markerów podtypu limfocytów. W skrócie, dorosłe myszy poddano perfuzji PBS, tkanki mózgowe delikatnie zmielono sterylnymi żyletkami, strawiono papainą (Worthington Biochemical, LK003172) i DNazą (Worthington Biochemical, LK003178), a następnie roztarto 3-4 razy przy użyciu polerowanego szkła Pipeta Pasteura. Po inkubacji trawienie papainą zneutralizowano za pomocą HBSS+ i zawiesinę osadzono w temperaturze 310g przez 5 minut w 4°C. Osad ponownie zawieszono w 1 ml HBSS+, przeniesiono do lodowatej, 1,7 ml probówki Eppendorfa i dalej roztarto 3 razy, a supernatant zebrano po krótkim wirowaniu z małą prędkością. Supernatant na końcu każdego krótkiego wirowania filtrowano przez wstępnie zwilżony 40 μm filtr do komórek (BD Biosciences, 352340) do schłodzonej 50-ml probówki stożkowej i wirowano w 310g przez 5 minut w 4°C. Otrzymany osad został pozbawiony mieliny i innych szczątków przy użyciu 20% izotonicznego rozdzielania Percoll PLUS (MilliporeSigma, E0414-250ML). Otrzymany osad zawierał zdysocjowane pojedyncze komórki. W celu rozróżnienia komórek mieloidalnych od limfoidalnych, komórki inkubowano w 500 µl HBSS+ zawierającym 1:100 mysiego bloku BD Fc (BD Biosciences, 553141), 1:500 szczurzego anty-CD45-BV421 (BD Biosciences, 563890) i 1:500 szczurzego anty -CD11b-FITC (BD Biosciences, 553310) na lodzie przez 15-20 minut. W celu podtypowania populacji limfocytów zmieniono strategię dysocjacji tkanki stosując Collagenase/Dispase (MilliporeSigma, 10269638001) zamiast papainy, aby zachować epitopy dla CD19, CD8a i CD4. Wszystkie pozostałe etapy strategii dysocjacji pozostały takie same. Po dysocjacji tkanki komórki inkubowano w 1:500 szczurzych anty-CD45-BUV395 (BD Biosciences, 564279), 1:500 szczurach anty-CD11b-FITC (BD Biosciences, 553310), chomiczych anty-CD3ε-BV650 (BD Biosciences, 564378), 1:500 szczurze anty-CD19-BV480 (BD Biosciences, 566167), 1:500 szczurze anty-CD4-PE (BD Biosciences, 553730) i 1:500 szczurom anty-CD8a-APC (BD, 553035) na lodzie przez 15-20 minut. Komórki przemyto dwukrotnie HBSS+ i ponownie zawieszono w 500 µl HBSS+ przed analizą metodą cytometrii przepływowej. Analizę przepływu przeprowadzono przy użyciu BD Biosciences LSR Fortessa wyposażonego w lasery 355 nm, 405 nm, 488 nm, 561 nm i 640 nm w celu zminimalizowania nakładania się widm.

W przypadku FACS astrocytów i komórek śródbłonka patrz metody przygotowania tkanek przy użyciu papainy. Po dysocjacji tkanki komórki inkubowano w 500 µl HBSS+ zawierającym 1:100 mysiego bloku BD Fc (BD Biosciences, 553141), LIVE/DEAD Fixable Blue Dead Cell (Thermo Fisher Scientific, L23105), 1:500 szczurze anty-CD45-BV421 (BD Biosciences, 563890) i 1:500 szczurze anty-CD11b-FITC (BD Biosciences, 553310), 1:250 anty-CD49a-VioBright PE (Miltenyi Biotec, 130-107-632) i 1:100 anty- ACSA-2-APC (Miltenyi Biotec, 130-116-245) na lodzie przez 15-20 minut. Komórki śródbłonka sortowano najpierw wykluczając komórki CD45+ i CD11b+ i bramkując wokół komórek CD49a+. Astrocyty posortowano przez bramkowanie potrójnej ujemności dla poprzednich markerów i ostatecznie bramkowanie wokół komórek ACSA2+. Sortowanie przeprowadzono przy użyciu BD Biosciences Aria II na dyszy 100 μm. Komórki posortowano do 1,7 ml probówek Eppendorfa zawierających 200 µl HBSS+, a następnie odwirowano i poddano lizie osadu w buforze Qiagen RLT zawierającym 1% β-merkaptoetanol.

W przypadku cytometrii przepływowej HBMEC, komórki pojedynczo izolowano trypsyną EDTA (Thermo Fisher Scientific, 25200056) przez 5 minut, a trypsynę neutralizowano przy użyciu HBSS+. Komórki osadzono przez odwirowanie w 300g i przemyto 3 razy HBSS+. Komórki utrwalano w 4% PFA przez 20-30 minut w 37°C. Po utrwaleniu do probówki przed wirowaniem dodano HBSS+, aby zminimalizować utratę komórek. Komórki odwirowano w 300g i przemyto 3 razy HBSS. Przeciwciała rozcieńczono w HBSS+, a komórki wybarwiono odpowiednimi kontrolami IgG lub kombinacją szczurzych anty-C3aR, 1:500 (R&D Systems, MAB10417), mysich anty-Glut1 1:1000 (Thermo Fisher Scientific, MA1-37783), oraz kozie anty-VE-kadheryna 1:1000 (R&D Systems, MAB9381). Komórki inkubowano w roztworze przeciwciał na rotatorze laboratoryjnym przez 30 minut, następnie przemyto 3 razy HBSS+ i inkubowano w odpowiednich przeciwciałach drugorzędowych przez 30 minut w temperaturze pokojowej w rotatorze laboratoryjnym. Komórki przemyto 3 razy w HBSS+ przed analizą metodą cytometrii przepływowej.

Ilościowa RT-PCR. RNA wyekstrahowano z komórek przy użyciu zestawu RNeasy Micro (QIAGEN, 74004). Odwrotną transkrypcję przeprowadzono przy użyciu iScript Reverse Transcription Supermix (Bio-Rad, 1708840) zgodnie z protokołem producenta. Cały RNA wyizolowany z osadów komórkowych został przekształcony w cDNA. Ilościową reakcję RT-PCR przeprowadzono przy użyciu iTaq Universal SYBR Green Supermix (Bio-Rad, 172-5120) na systemie detekcji CFX384 Touch Real-Time PCR.

Immunobarwienie i analiza obrazu. Hodowane komórki utrwalano 4% PFA przez 20 minut w 37°C. Próbki przemywano PBS, a następnie blokowano i permeabilizowano PBS zawierającym 0,4% Triton X-100, 4% surowicę osła i 1% BSA przez 30 minut. Próbki inkubowano przez noc w roztworze blokującym zawierającym przeciwciało pierwszorzędowe w 4°C. W zależności od eksperymentu zastosowano przeciwciała pierwszorzędowe: królicze anty-pMLC2 S19 (Cell Signaling Technology, 3671), kozie anty-hVE-kadheryna (R&D Systems, AF938) lub Phalloidin CruzFluor 555 (Santa Cruz Biotechnology, sc-363794 ). Wszystkie obrazy zostały wykonane na laserowym mikroskopie konfokalnym Leica TCS przy 40× lub 63× w zanurzeniu w oleju, z Z-krok 0,5 μm w całkowitym zakresie 5 μm. MFI znormalizowano do liczby komórek na obraz, a każdy stan składał się z 8–10 obrazów (n = 250–300 komórek).

Do analizy mózgu myszy, myszy poddano perfuzji 4% PFA, a następnie utrwalono w 4% PFA przez noc w 4°C, a następnie przeniesiono do 30% roztworu sacharozy do pocięcia na skrawki. Strzałkowe skrawki mózgu (30 mm) pocięto na mikrotomie ślizgowym i przechowywano w –20°C w krioprotektorze. Po przemyciu w PBS skrawki zablokowano PBS zawierającym 0,4% Triton X-100, 4% surowicę osią i 1% BSA przez 30 minut, a następnie inkubowano w roztworze blokującym zawierającym przeciwciało pierwszorzędowe przez noc w 4°C. W zależności od eksperymentu zastosowano przeciwciała pierwszorzędowe: królicze anty-GFAP (MilliporeSigma, G9269), szczurze anty-C3 (Hycult, 10129042), szczurze anty-C3aR (Hycult, 10130173), anty-CD106 (BioLegend, 305802) , szczurze anty-CD31 (BD Biosciences, 550274), kozie anty-mVE-kadheryna (AF1002), kozie anty-PDGFR-β (R&D Systems, AF 1042), mysie anty-Glut1 (Thermo Fisher Scientific, MA1-37783), i królicze anty-Col IV (Abcam, ab6586). Po wybarwieniu przeciwciałem pierwszorzędowym, skrawki płukano 3 razy w 1x PBS i barwiono odpowiednimi przeciwciałami drugorzędowymi przez 1-2 godziny i ponownie płukano przed osadzeniem.

W celu ilościowego oznaczenia VCAM1 w korze myszy i hipokampie, skrawki barwiono CD31 i VCAM1, a następnie skanowano sygnał fluorescencyjny przy użyciu systemu EVOS FL Auto przy 10x. Obrazy zostały następnie przetworzone przez ImageJ (NIH) i tło zostało odjęte przed oceną ilościową. Całkowity sygnał VCAM1-dodatni określono ilościowo jako procent powierzchni dla każdego regionu, hipokampa lub kory. Kolokalizacja tego sygnału z CD31 została potwierdzona pod względem dokładności.

Do ilościowego określenia procentowego zajętości C3 w astrocytach, Z- stosy (

30 μm grubości z krokiem co 0,5 μm) zostały wykonane przy 40-krotnym zanurzeniu w oleju, z oznaczeniem C3 i analizowane przy użyciu funkcji „Spots” oprogramowania IMARIS 9.2.1. Spoty zostały wygenerowane automatycznie do reprezentacji C3. Następnie, Z- stosy zostały przeanalizowane przy użyciu funkcji „Co-loc”, w której sygnał GFAP + został użyty do zamaskowania zarysów astrocytów i progów zastosowanych w celu usunięcia tła. Dane następnie rejestrowano jako procent obszaru zainteresowania (ROI) (GFAP + maska ​​sygnału) zajmowanego przez sygnał C3 (Spots). Osiem obrazów obejmujących CA1-CA3 wykonano u 5 myszy na grupę.

Do kwantyfikacji średniej powierzchni przekroju naczynia Z- stosy (

30 µm grubości z krokiem co 0,5 µm) wykonano przy 40-krotnym zanurzeniu w oleju, z oznaczeniem dla Col IV. Obrazy zostały najpierw przeanalizowane przy użyciu funkcji „Surfaces” oprogramowania IMARIS 9.2.1 w celu wygenerowania rekonstrukcji 3D naczynia i całkowitej objętości naczynia w μm 3 . Następnie za pomocą funkcji „Filamenty” oszacowano całkowitą długość naczynia na obraz, obliczając pomiary poszczególnych odgałęzień naczynia w μm. Średnia powierzchnia przekroju została określona przez proporcjonalny pomiar całkowitej objętości naczynia przez całkowitą długość naczynia na obraz. Sześć obrazów obejmujących CA1-CA3 wykonano u 5 myszy na grupę.

Do oceny ilościowej krętej morfologii naczyń, Z- stosy (

30 μm grubości z krokiem co 0,5 μm) wykonano przy 40-krotnym zanurzeniu w oleju z oznaczeniem CD31. Obrazy zostały ręcznie oszacowane ilościowo poprzez zliczenie liczby naczyń korkociągu obecnych w projekcji Zobrazy stosu. Obrazy były wyświetlane w oprogramowaniu Leica LAS X i ręcznie przewijane w celu zliczenia liczby korkociągów w układzie naczyniowym hipokampa. Aby przedstawić tę morfologię, reprezentatywne obrazy wykonano przy tych samych parametrach obrazowania, ale przy 63-krotnym zanurzeniu w oleju. Do wygenerowania rekonstrukcji 3D statku CD31 wykorzystano funkcję „Surfaces” programu IMARIS 9.2.1, a do tworzenia filmów wykorzystano zakładkę animacji. Sześć obrazów obejmujących CA1-CA3 wykonano u 5 myszy na grupę w celu oceny ilościowej obrazowania.

W celu ilościowego określenia reaktywności mikrogleju, kolokalizację CD68 w sygnale Iba1 oznaczono ilościowo za pomocą Z- stosy zobrazowane za pomocą mikroskopu konfokalnego Leica z obiektywem olejowym 40x, zoomem cyfrowym 1,0, całkowitą grubością 25 μm i wielkością kroku 1 μm. Procent kolokalizacji sygnału CD68 w zamaskowanym obszarze ROI Iba1 obliczono przy użyciu funkcji „Co-loc” w IMARIS i przedstawiono jako krotność zmiany tego odsetka.

Aby określić ilościowo objętość hipokampa i kory śródwęchowej, zamrożone tkanki mózgowe myszy pocięto seryjnie na 50 μm. Skrawki zawierające hipokamp lub korę śródwęchową (co szósty skrawek, w odległości 300 μm) pomiędzy bregma +2,1 mm i bregma -3,9 mm do grzbietowego końca hipokampa lub kory śródwęchowej wybarwiono 0,25% roztworem fioletu krezylowego, odwodnionego w etanolu, a następnie zamontowane. Slajdy obrazowano za pomocą systemu Nanozoomer 2.0-HT (Hamamatsu), a obszary zainteresowania śledzono za pomocą oprogramowania NDP Viewer. Objętość obszaru zainteresowania obliczono za pomocą następującego wzoru: objętość = (suma powierzchni) × 0,5 mm.

Analiza RNA-Seq. Dane RNA-Seq zawierające krotność zmian i skorygowane P wykorzystano wartości z naszego poprzedniego badania ( 22 ) (GEO: GSE114910). W przypadku analiz szlaków geny o zróżnicowanej ekspresji z P (skorygowane) wartości mniejsze niż 0,05 zostały przesłane na stronę InnateDB, a analiza nadreprezentacji została wykorzystana do obliczenia istotnych terminów z baz danych KEGG i REACTOME. Wybrane istotne terminy zostały wykreślone przez P wartości na podstawie ich zaangażowania w biologię naczyniową i infiltrację komórek układu odpornościowego oraz wymieniono reprezentatywne geny przyczyniające się do trafień. Dla poszczególnych wykresów genów zastosowano wartości FPKM, a istotność obliczono za pomocą jednoczynnikowej ANOVA.

Statystyka. Wszystkie analizy statystyczne przeprowadzono przy użyciu oprogramowania GraphPad Prism, wersja 8.0.2 (oprogramowanie GraphPad). Wszystkie dane przedstawiono jako średnią ± SEM. O ile nie zaznaczono inaczej, wszystkie porównania zgrupowane zostały wykonane za pomocą jednoczynnikowej analizy wariancji ANOVA z poprawką Tukeya, a wszystkie porównania w parach za pomocą dwustronnego testu Studenta. T testy, w zależności od projektu eksperymentalnego. Dla wszystkich testów, P wartości poniżej 0,05 uznano za istotne, a powyżej 0,05 za nieistotne.

Zatwierdzenie badania. Wszystkie zabiegi na zwierzętach przeprowadzono zgodnie z wytycznymi NIH i za zgodą Baylor College of Medicine IACUC.

NEP i HZ opracowali projekt i zaprojektowali eksperymenty. NEP przeprowadził wszystkie eksperymenty i analizę danych, chyba że zaznaczono inaczej. Firma ER dostarczyła odczynniki i pomoc techniczną do analizy obrazowania IMARIS, przeprowadziła analizę szlaku i zredagowała manuskrypt. Firma AL dostarczyła próbki i pomoc techniczną oraz przeprowadziła wolumetryczną analizę tkanki mózgu. JK dostarczył C3ar1floxed myszy. NEP napisał manuskrypt z wkładem i korektą z HZ. Wszyscy autorzy przeczytali i zatwierdzili ostateczny rękopis.

Jesteśmy wdzięczni D. Holtzmanowi (Washington University) za hojne wsparcie przy analizie wolumetrycznej mózgu. Jesteśmy bardzo wdzięczni National Institute on Aging za oferowanie starych myszy C57BL6/J, które umożliwiły tę pracę. Dziękujemy C. Beeton, J. Sederstrom i Baylor College of Medicine Cytometry and Cell Sorting Core wspieranym przez grant NCI-CA125123 za analizę FACS. Jesteśmy wdzięczni N. Aithmitti i B. Contreras za fachowe wsparcie techniczne oraz członkom laboratorium Zheng za ożywienie dyskusji. Badanie to było wspierane dotacjami z NIH (R01 NS093652, R01 AG020670, R01 AG057509, RF1 AG054111 i RF1 AG062257 dla HZ).

Konflikt interesów: Autorzy oświadczyli, że nie ma konfliktu interesów.


Archiwa tagu: zapalenie

SZUKAJ TEGO BLOGA

Statystyki bloga

Flaga i trafienia

Obserwuj bloga przez e-mail

Strony

Archiwa

    (2) (30) (7) (9) (25) (10) (17) (21) (5) (5) (12) (3) (5) (1) (1) (1) (19) (9) (12) (4) (4) (11) (8) (14) (23) (15) (16) (21) (14) (7) (17) (7) (14) (12) (18) (22) (15) (38) (14) (19) (25) (15) (17) (20) (15) (19) (8) (13) (11) (6) (10) (23) (18) (17) (15) (19) (31) (38) (33) (40) (53) (50) (50) (70) (45) (49) (42) (37) (37) (49) (35) (29) (25) (28) (21) (41) (51) (23) (33) (46) (31) (38) (74) (86) (101) (170) (98) (113) (80) (63) (70) (100) (91) (102) (104) (114) (129) (131) (155) (109) (105) (81)

Kategorie

    (192) (48) (1) (1) (1) (6) (7) (3) (1) (5) (38) (1) (1) (1) (1) (6) (2) (54) (1) (1) (2) (8) (3) (1) (40) (5) (1) (1) (11) (78) (39) (4) (25) (64) (4) (148) (6) (1) (1) (1) (1) (36) (24) (1) (10) (81) (5) (7) (42) (40) (1) (1) (1) (49) (1) (22) (5) (8) (1) (4) (1) (1) (5) (6) (4) (8) (5) (5) (4) (61) (32) (1) (70) (4) (2) (1) (7) (6) (53) (39) (23) (58) (53) (42) (34) (24) (1) (1) (14) (14) (1) (1) (105) (21) (18) (16) (1) (10) (1) (3) (1) (8) (3) (1) (2) (1) (3) (2) (2) (3) (3) (2) (5) (2) (1) (1) (1) (2) (1) (6) (10) (8) (10) (8) (34) (38) (3) (1) (1) (3) (2) (16) (8) (3) (4) (9) (1) (1) (79) (5) (2) (52) (3) (1) (5) (76) (5) (6) (10) (2) (1) (2) (2) (1) (1) (3) (1) (12) (1) (1) (93) (82) (39) (1) (75) (8) (138) (257) (293) (1) (10) (13) (119) (3) (1) (83) (39) (9) (1) (2) (23) (3) (3) (8) (3) (1) (4) (74) (2) (10) (3) (1) (2) (2) (4) (12) (2) (1) (16) (53) (3) (10) (1) (2) (2) (1) (1) (2) (2,059) (7) (1) (24) (4) (2)

Najnowsze posty

  • Tralokinumab 2 lipca 2021 r.
  • Upaccalcet hydrat sodowy 1 lipca 2021 r.
  • Chlorowodorek megliminy 30 czerwca 2021 r.
  • CVnCoV, zorecimeran, szczepionka CureVac COVID-19 30 czerwca 2021 r.
  • Tucidinostat, Chidamide 29 czerwca 2021 r.
  • Izotretinoin 29 czerwca 2021
  • COVAX-19 28 czerwca 2021
  • Uprifosbuwir 28 czerwca 2021 r.
  • ARCT-021 (LUNAR-COV19) 26 czerwca 2021
  • DAPAGLIFLOZIN 26 czerwca 2021
  • IIBR-100 24 czerwca 2021
  • ABDALA, CIGB-66 22 czerwca 2021 r.
  • QazCovid – 22 czerwca 2021 r.
  • COVIran Barakat 21 czerwca 2021
  • Convidicea (Ad5-nCoV) 21 czerwca 2021 r.

SPEKTROSKOPIA ORGANICZNA

SUBSKRYBUJ

Obserwuj bloga przez e-mail

DR ANTHONY MELVIN CRASTO

DR ANTHONY MELVIN CRASTO, Urodzony w Bombaju w 1964 roku, ukończył Mumbai University, Ukończył doktorat z ICT, 1991, Matunga, Mumbai, Indie, w dziedzinie chemii organicznej, Tematem pracy dyplomowej była synteza nowych analogów pyretroidowych, Obecnie pracuje z GLENMARK LIFE SCIENCES LTD, Centrum Badawczym jako Główny Naukowiec, Badania Procesowe (działania luzem) w Mahape, Navi Mumbai, Indie. Total Industry exp ponad 30 lat, zanim dołączył do Glenmark, pracował z dużymi międzynarodowymi koncernami, takimi jak Hoechst Marion Roussel, teraz Sanofi, Searle India Ltd, teraz RPG, itp. Pracował z wybitnymi naukowcami, takimi jak dr K Nagarajan, dr Ralph Stapel , Prof S Seshadri, Dr TV Radhakrishnan i Dr BK Kulkarni, itp. Dokonał niestandardowej syntezy dla głównych międzynarodowych firm w swojej karierze, takich jak BASF, Novartis, Sanofi itp. Pracował w Discovery, Produkty naturalne, leki luzem, leki generyczne, produkty pośrednie , Chemikalia, Neutraceuticals, GMP, Scaleups itp., który teraz pomaga milionom, ma ponad 9 milionów wejść w Google na wszystkich stronach internetowych poświęconych chemii organicznej. Jego przyjaciele nazywają go supergwiazdą Open Worlddrugtracker. Jego New Drug Approvals, Green Chemistry International, All about drugs, Eurekamoments, Organic spectroscopy international, etc. w chemii organicznej to tylko niektóre z najbardziej poczytnych blogów. 30 PLUS lat kadencji do czerwca 2021 r. Około 35 produktów plus w swojej karierze. Posiada dobrą znajomość IPM, GMP, aspektów regulacyjnych, posiada kilka międzynarodowych patentów opublikowanych na całym świecie. Ma dobrą biegłość w transferze technologii, spektroskopii, stereochemii, syntezie, polimorfizmie itp. W grudniu 2007 r. doznał udaru paralitycznego / ostrego poprzecznego zapalenia rdzenia i jest sparaliżowany w 90%. Jest przywiązany do wózka inwalidzkiego, co wydaje się pomaga chemikom na całym świecie, jest bardziej aktywny niż wcześniej i przekracza granice, ma ponad 9 milionów wejść w Google, 2,5 lakh plus połączenia na wszystkich portalach, 90 lakh plus wyświetlenia na kilkunastu blogach, 233 kraje, 7 kontynentów, jest dostępny dla wszystkich, skontaktuj się z nim pod numerem +91 9323115463, e-mail [email protected], Twitter, @amcrasto , Żyje i umrze za swoją rodzinę, 90% paraliż nie może zabić jego duszy. 33 lakh plus wyświetlenia na blogu dotyczącym nowych aprobat leków w 233 krajach. https://newdrugapprovals.wordpress.com/ , Docenia pomoc, jaką otrzymuje od wszystkich, przyjaciół, rodziny, Glenmark, czytelników, życzliwych, lekarzy, władz narkotykowych, jego kontaktów, fizjoterapeuty itp.

Linki osobiste

  • moje strony w sieci
  • DR ANTHONY MELVIN CRASTO
  • ROZWÓJ PROCESÓW ORGANICZNYCH W GRUPIE GOOGLE
  • mixxt
  • epernicus
  • uczeni
  • Jimdo
  • yolasyt
  • moje CV
  • slidestaxx
  • blog wordpress
  • O MNIE
  • STRONA MARKI
  • STRONY UMIEJĘTNOŚCI
  • Akademia.edu
  • DIIGO
  • WIX
  • BLOG WIX
  • ISSUU
  • SCRIBD
  • BIZ
  • BLOG GOOGLE
  • APNACIRCLE
  • Eurekamoments w chemii organicznej
  • Chemia organiczna dr Anthony
  • Zielona Chemia Międzynarodowa
  • Transfer technologii
  • Stereochemia
  • Spektroskopia
  • Wielopostaciowość
  • Reakcje w Org Chem
  • DR ANTHONY MELVIN CRASTO
  • Farmaceutyki
  • Chemia medyczna
  • Literatura chemii organicznej
  • Witryna związana z patentami
  • Zielona Chemia
  • Odczynniki
  • R &wzmacniacz D
  • Cząsteczki
  • Chemia heterocykliczna
  • Zaopatrzenie
  • NOWE ZATWIERDZENIA LEKÓW
  • ŚWIATOWY ŚLEDZENIE NARKOTYKÓW
  • Zielona Chemia Międzynarodowa
  • międzynarodowe sprawy regulacyjne dotyczące leków
  • SPEKTROSKOPIA ORGANICZNA MIĘDZYNARODOWA
  • MIĘDZYNARODOWA SYNTEZA ORGANICZNA
  • WSZYSTKO O NARKOTYKACH
  • MIĘDZYNARODOWA CHEMIA ORGANICZNA
  • FACEBOOK
  • GOOGLE PLUS
  • Poszerzanie skali leków i produkcja międzynarodowa
  • MIĘDZYNARODOWA CHEMIA MEDYCZNA
  • MIĘDZYNARODOWA SYNTEZA NARKOTYKÓW
  • UDOSTĘPNIJ SLAJD
  • STRONA NARKOTYKÓW
  • GOOGLE SCHOLAR
  • MEDCHEM-amcrasto
  • JEDEN DZIEŃ CHEMII ORGANICZNEJ
  • PATENTY NARKOTYKOWE MIĘDZYNARODOWE
  • MEDCHEM ANTHONY CRASTO
  • MEDCHEM anthony crasto
  • Gravatar
  • ZING ME WIETNAM
  • BRAMKA BADAWCZA
  • NAGRODY

Zweryfikowane usługi

Strony

Archiwa

    (2) (30) (7) (9) (25) (10) (17) (21) (5) (5) (12) (3) (5) (1) (1) (1) (19) (9) (12) (4) (4) (11) (8) (14) (23) (15) (16) (21) (14) (7) (17) (7) (14) (12) (18) (22) (15) (38) (14) (19) (25) (15) (17) (20) (15) (19) (8) (13) (11) (6) (10) (23) (18) (17) (15) (19) (31) (38) (33) (40) (53) (50) (50) (70) (45) (49) (42) (37) (37) (49) (35) (29) (25) (28) (21) (41) (51) (23) (33) (46) (31) (38) (74) (86) (101) (170) (98) (113) (80) (63) (70) (100) (91) (102) (104) (114) (129) (131) (155) (109) (105) (81)

Kategorie

    (192) (48) (1) (1) (1) (6) (7) (3) (1) (5) (38) (1) (1) (1) (1) (6) (2) (54) (1) (1) (2) (8) (3) (1) (40) (5) (1) (1) (11) (78) (39) (4) (25) (64) (4) (148) (6) (1) (1) (1) (1) (36) (24) (1) (10) (81) (5) (7) (42) (40) (1) (1) (1) (49) (1) (22) (5) (8) (1) (4) (1) (1) (5) (6) (4) (8) (5) (5) (4) (61) (32) (1) (70) (4) (2) (1) (7) (6) (53) (39) (23) (58) (53) (42) (34) (24) (1) (1) (14) (14) (1) (1) (105) (21) (18) (16) (1) (10) (1) (3) (1) (8) (3) (1) (2) (1) (3) (2) (2) (3) (3) (2) (5) (2) (1) (1) (1) (2) (1) (6) (10) (8) (10) (8) (34) (38) (3) (1) (1) (3) (2) (16) (8) (3) (4) (9) (1) (1) (79) (5) (2) (52) (3) (1) (5) (76) (5) (6) (10) (2) (1) (2) (2) (1) (1) (3) (1) (12) (1) (1) (93) (82) (39) (1) (75) (8) (138) (257) (293) (1) (10) (13) (119) (3) (1) (83) (39) (9) (1) (2) (23) (3) (3) (8) (3) (1) (4) (74) (2) (10) (3) (1) (2) (2) (4) (12) (2) (1) (16) (53) (3) (10) (1) (2) (2) (1) (1) (2) (2,059) (7) (1) (24) (4) (2)

Ostatnie komentarze

SZUKAJ TEGO BLOGA


Podziękowanie

Dziękujemy Y. Pan (Czwarty Wojskowy Uniwersytet Medyczny) za cenne sugestie, S. Li (Uniwersytet Rolniczy Huazhong) za odczynniki i pomoc techniczną, a członkom laboratorium Zhong i podstawowych obiektów Instytutu Badań Medycznych za pomoc techniczną. Badanie było finansowane z grantów Narodowego Programu Badań i Rozwoju Kluczowego Chin (2018TFE0204500 i 2018YFC1004601), Chińskiej Fundacji Nauk Przyrodniczych (31671454 i 31930040), Funduszy Badań Podstawowych dla Uniwersytetów Centralnych (2042020kf0207 i 2042020kf0042), Fundacji Nauk Przyrodniczych w Hubei Prowincja (2018CFA016) i Program Zaawansowania Nauk Medycznych (Podstawowe Nauki Medyczne) Uniwersytetu Wuhan (TFJC2018004).


Prostaglandyny są autakoidami lipidowymi pochodzącymi z kwasu arachidonowego. Oba podtrzymują funkcje homeostatyczne i pośredniczą w mechanizmach patogennych, w tym odpowiedzi zapalnej. Powstają z arachidonianu w wyniku działania izoenzymów cyklooksygenazy, a ich biosynteza jest blokowana przez niesteroidowe leki przeciwzapalne, w tym selektywne do hamowania cyklooksygenazy-2. Pomimo skuteczności klinicznej niesteroidowych leków przeciwzapalnych, prostaglandyny mogą działać zarówno w promowaniu, jak i ustępowaniu stanu zapalnego. Niniejszy przegląd podsumowuje wgląd w mechanizmy wytwarzania prostaglandyn oraz rolę poszczególnych mediatorów i ich receptorów w modulowaniu odpowiedzi zapalnej. Biologia prostaglandyn ma potencjalne znaczenie kliniczne dla miażdżycy tętnic, odpowiedzi na uszkodzenie naczyń i tętniaka aorty.

Zapalenie jest odpowiedzią układu odpornościowego na infekcje i urazy i bierze udział w patogenezie zapalenia stawów, raka i udaru, a także w chorobach neurodegeneracyjnych i sercowo-naczyniowych. Zapalenie jest samoistnie korzystnym zdarzeniem, które prowadzi do usunięcia szkodliwych czynników i przywrócenia struktury tkanek i funkcji fizjologicznych. Ostra faza zapalenia charakteryzuje się szybkim napływem granulocytów krwi, zazwyczaj neutrofili, a następnie monocytów, które dojrzewają do zapalnych makrofagów, które następnie proliferują i tym samym wpływają na funkcje rezydujących makrofagów tkankowych. Proces ten powoduje kardynalne objawy ostrego zapalenia: zaczerwienienie (zaczerwienienie), kaloryczność (ciepło), guz (obrzęk) i ból (ból). Po usunięciu inicjującego szkodliwego bodźca poprzez fagocytozę, reakcja zapalna może się zmniejszyć i ustąpić. Podczas ustępowania stanu zapalnego granulocyty są eliminowane, a makrofagi i limfocyty powracają do normalnej liczby i fenotypów przedzapalnych. Zwykłym wynikiem programu ostrego stanu zapalnego jest skuteczne ustąpienie i naprawa uszkodzenia tkanki, a nie utrzymywanie się i dysfunkcja odpowiedzi zapalnej, która może prowadzić do bliznowacenia i utraty funkcji narządów. Można zatem przewidywać, że nieustąpienie ostrego zapalenia może predysponować do autoimmunizacji, przewlekłego zapalenia dysplastycznego i nadmiernego uszkodzenia tkanek. 1

Prostaglandyny (PG) odgrywają kluczową rolę w generowaniu odpowiedzi zapalnej. Ich biosynteza jest znacznie zwiększona w tkance zapalnej i przyczyniają się do rozwoju kardynalnych objawów ostrego zapalenia. Chociaż właściwości prozapalne poszczególnych PG podczas ostrej odpowiedzi zapalnej są dobrze poznane, ich rola w rozwiązywaniu stanu zapalnego jest bardziej kontrowersyjna.

W tym przeglądzie omawiamy biosyntezę i odpowiedź na PG oraz farmakologię ich blokady w koordynacji odpowiedzi zapalnej, ze szczególnym uwzględnieniem chorób sercowo-naczyniowych.

Biosynteza PG

PG i tromboksan A2 (TXA2), łącznie określane jako prostanoidy, powstają, gdy kwas arachidonowy (AA), 20-węglowy nienasycony kwas tłuszczowy, jest uwalniany z błony komórkowej przez fosfolipazy i metabolizowany przez sekwencyjne działania syntazy PGG/H lub cyklooksygenazy (COX) i ich odpowiednie syntazy.

Istnieją 4 główne bioaktywne PG generowane in vivo: prostaglandyna E2 (PGE2), prostacyklina (PGI2), prostaglandyna D2 (PGD2) i prostaglandyny F (PGF).

Są one wszechobecnie produkowane – zwykle każdy typ komórki wytwarza 1 lub 2 dominujące produkty – i działają jako autokrynne i parakrynne mediatory lipidowe, utrzymując lokalną homeostazę w organizmie. Podczas reakcji zapalnej zarówno poziom, jak i profil produkcji PG zmieniają się dramatycznie. Produkcja PG jest na ogół bardzo niska w tkankach bez stanu zapalnego, ale wzrasta natychmiast w ostrym zapaleniu przed rekrutacją leukocytów i infiltracją komórek odpornościowych.

Produkcja PG (Figura 1) zależy od aktywności syntaz PGG/H, potocznie znanych jako COX, enzymów bifunkcjonalnych, które zawierają zarówno aktywność COX, jak i peroksydazy i które występują jako odrębne izoformy określane jako COX-1 i COX-2. 2

Rysunek 1. Szlak biosyntezy prostanoidów.

COX-1, wyrażana konstytutywnie w większości komórek, jest dominującym źródłem prostanoidów, które spełniają funkcje porządkowe, takie jak cytoprotekcja nabłonka żołądka i homeostaza. 3 COX-2, indukowana przez bodźce zapalne, hormony i czynniki wzrostu, jest ważniejszym źródłem powstawania prostanoidów w stanach zapalnych i chorobach proliferacyjnych, takich jak rak. 3 Jednak oba enzymy przyczyniają się do wytwarzania autoregulacyjnych i homeostatycznych prostanoidów i oba mogą przyczyniać się do uwalniania prostanoidów podczas stanu zapalnego.

PGH2 jest wytwarzany przez obie izoformy COX i jest powszechnym substratem dla szeregu specyficznych enzymów izomerazy i syntazy, które wytwarzają PGE2, ChOG2, PGD2, PGFi TXA2. COX-1 łączy się preferencyjnie, ale nie wyłącznie, z syntazą tromboksanu, syntazą PGF i izoenzymami cytozolu (c) syntazy PGE (PGES). 4 COX-2 preferuje syntazę prostaglandyny I (PGIS) i mikrosomalne (m) izoenzymy PGES, z których oba są często koindukowane wraz z COX-2 przez cytokiny i promotory nowotworowe. 4

Profil produkcji prostanoidów jest określony przez zróżnicowaną ekspresję tych enzymów w komórkach obecnych w miejscach zapalenia. Na przykład komórki tuczne generują głównie PGD2, natomiast makrofagi produkują PGE2 i TXA2. 5 Ponadto, zmiany w profilu syntezy prostanoidów mogą wystąpić podczas aktywacji komórkowej. Chociaż spoczynkowe makrofagi produkują TXA2 powyżej PGE2wskaźnik ten zmienia się na korzyść PGE2 produkcja po aktywacji lipopolisacharydu bakteryjnego (LPS). 5

Receptory PG

PG wywierają swoje działanie poprzez aktywację receptorów sprzężonych z białkiem G, podobnych do rodopsyny, 7-transbłonowych (tabela). Podrodzina receptorów prostanoidowych składa się z 8 członków: podtypów receptora prostanoidowego E (EP) 1, EP2, EP3 i EP4 receptora PGE receptora PGD (DP1) receptora PGF (FP) receptora PGI (IP) i receptora tromboksanu (TP) . 6 Dwie dodatkowe izoformy ludzkiego TP (TPα, TPβ) i FP (FPA, FPΒ) i 8 wariantów EP3 jest generowanych przez alternatywne splicing, które różnią się tylko ogonami C-końcowymi. 7 Ponadto istnieje inny receptor sprzężony z białkiem G, określany jako homologiczna cząsteczka receptora chemoatraktantu, wyrażany na komórkach pomocniczych T 2 (CRTH2 lub DP2), który odpowiada na PGD2 ale należy do rodziny receptorów chemokin. 8 CRTH2 jest członkiem nadrodziny receptorów chemoatraktantów N-formylo-metionylo-leucylo-fenyloalaniny (Figura 2).

Tabela. Transdukcja sygnału receptorów prostanoidowych

Rysunek 2. Drzewo filogenetyczne receptorów lipidowych sprzężonych z białkiem G. Rysunek zmodyfikowany za zgodą Shimizu. 181

Receptory prostanoidowe łączą się z szeregiem wewnątrzkomórkowych szlaków sygnałowych, które pośredniczą w skutkach aktywacji receptora na funkcję komórki. Receptory EP2, EP4, IP i DP1 aktywują cyklazę adenylylową poprzez Gs, zwiększając wewnątrzkomórkowy cAMP. EP1 i FP aktywują metabolizm fosfatydyloinozytolu poprzez GQ, co prowadzi do powstania trifosforanu inozytolu z mobilizacją wewnątrzkomórkowego wolnego wapnia. Oprócz sygnalizacji przez GQ, receptor FP łączy się z małym białkiem G Rho przez GQ-niezależny mechanizm. 9 TP łączy się głównie z 2 rodzajami białek G, GQ (GQ, G11, G15, G16) i G13 (G12, G13), co skutkuje aktywacją odpowiednio fosfolipazy C i czynnika wymiany nukleotydów guaninowych małego białka G Rho. Ponadto TP może być również sprzężony przez Gh do fosfolipazy C, a także przez Gi i Gs do cyklazy adenylowej. Obie izoformy TP są sprzężone z aktywacją fosfolipazy C, ale TPα stymuluje cyklazę adenylylową, podczas gdy TPβ hamuje ją. Izoformy EP3 mogą łączyć się przez Gi lub G12 do podwyższenia wewnątrzkomórkowego Ca2+, zahamowania wytwarzania cAMP i aktywacji małego białka G Rho. 10 DP2/CRTH2 łączy się z Gi-białko typu G hamujące syntezę cAMP i podnoszące poziom wewnątrzkomórkowego Ca 2+ . Jednak wpływ prostanoidów na te szlaki sygnałowe sprzężone z białkiem G może zmieniać się w zależności od stężenia lub struktury ligandu. 6

Niektóre, ale nie wszystkie receptory prostanoidów wykazują zdolność do dimeryzacji, co może zmieniać powinowactwo liganda lub preferencję dalszych szlaków sygnałowych. Tak więc, chociaż wydaje się, że dimery DP1/DP2 nie tworzą się, w podobnych warunkach receptory IP i TP mogą łączyć się, tworząc homo- i heterodimery. Heterodimery TPα-TPβ wzmacniają odpowiedź na aktywację przez izoprostany katalizowane przez wolne rodniki. 11 Ponadto, dimeryzacja IP i TPα umożliwia tworzenie cAMP poprzez aktywację receptora TP, efekt komórkowy zwykle obserwowany przy aktywności IP. 12 Ponadto wykazano, że aktywacja receptora EP1 moduluje funkcję β2-adrenoreceptora w oskrzelowych drogach oddechowych poprzez tworzenie kompleksu heterodimerycznego. 13

COX i zapalenie

Dwie izoformy COX, COX-1 i COX-2, są celem niesteroidowych leków przeciwzapalnych (NLPZ). Leki te są konkurencyjnymi inhibitorami miejsc aktywnych obu COX. Chociaż oba COX istnieją jako homodimery, tylko 1 partner jest używany na raz do wiązania substratu.Może również istnieć 14 heterodimerów COX-1/COX-2, ale ich rola w biologii pozostaje do ustalenia. 15 NLPZ wiąże się i dezaktywuje miejsce COX tylko w jednym monomerze dimeru COX, a to wystarcza do zatrzymania tworzenia prostanoidów. 14 Drugi monomer wydaje się pełnić funkcję allosteryczną. Zdolność peroksydazy obu białek jest niezmieniona przez NLPZ.

Skuteczność kliniczna strukturalnie odrębnych NLPZ, z których wszystkie mają tę samą zdolność do hamowania prostanoidów, wskazuje na znaczenie tych mediatorów w pobudzaniu bólu, gorączki i stanu zapalnego. 16 Dramatyczny wzrost ekspresji COX-2 przy prowokacji komórek zapalnych, jej ekspresja w tkankach objętych stanem zapalnym oraz założenie, że hamowanie prostanoidów pochodzących z COX-1 w płytkach krwi i nabłonku żołądka wyjaśnia niepożądane działania żołądkowo-jelitowe wywołane przez NLPZ i stanowi uzasadnienie dla opracowanie NLPZ zaprojektowanych jako selektywne hamowanie COX-2 w leczeniu zapalenia stawów i innych przewlekłych chorób zapalnych. 17

Chociaż COX-2 wydaje się być dominującym źródłem tworzenia PG w zapaleniu, istnieje pewna sugestia, że ​​obie izoformy ludzkiego enzymu mogą przyczyniać się do ostrej odpowiedzi zapalnej. COX-1 jest konstytutywnie wyrażana w rezydentnych komórkach zapalnych i istnieją dowody na indukcję COX-1 podczas odpowiedzi zapalnej, w której pośredniczy LPS i różnicowania komórkowego. 18 Obie izoformy COX ulegają koekspresji w krążących komórkach zapalnych ex vivo oraz zarówno w błonie maziowej w przebiegu reumatoidalnego zapalenia stawów (RZS), jak iw blaszkach miażdżycowych uzyskanych od pacjentów. 19,20 Dane dotyczące ludzi są zgodne z produktami pochodzącymi z COX-1 napędzającymi początkową fazę ostrego zapalenia, z podwyższeniem poziomu COX-2 w ciągu kilku godzin. 4 Jednak kontrolowane badania kliniczne mające na celu zbadanie porównawczej skuteczności NLPZ, które hamują zarówno COX, jak i samą COX-2, nigdy nie zostały przeprowadzone na dużą skalę. Takie badania miały na celu raczej poszukiwanie rozbieżności w częstości występowania działań niepożądanych ze strony przewodu pokarmowego niż ocenę porównawczej skuteczności klinicznej.

Badania na myszach COX-1- i COX-2-knockout (KO) ujawniają zaburzone reakcje zapalne, chociaż wpływ delecji genu różni się w czasie i intensywności.

Myszy z niedoborem COX-1, ale nie COX-2 wykazują zmniejszenie obrzęku ucha indukowanego AA, chociaż AA indukuje równoważną odpowiedź zapalną u myszy typu dzikiego (WT) i myszy z niedoborem COX-2. 21-23 W przeciwieństwie do tego, poziom obrzęku indukowanego przez promotor guza, octan tetradekanoiloforbolu, nie różnił się istotnie między myszami WT, z niedoborem COX-1 i COX-2. 21-23 Badania zapalenia ucha wskazują, że COX-1, a także COX-2, mogą przyczyniać się do odpowiedzi zapalnych, a izoforma odpowiedzialna za zapalenie może zależeć od rodzaju bodźca zapalnego lub względnych poziomów każdej izoformy w Tkanka docelowa.

Podobnie modele zapalenia stawów wykazują znaczną zależność od izoform COX-1 lub COX-2 w rozwoju klinicznego zapalenia błony maziowej. Różni się to w zależności od zastosowanego modelu eksperymentalnego. Tak więc w modelu zapalenia stawów z transferem surowicy przez K/BxN, PG pochodzące z COX-1, w szczególności PGI2, wnieść uderzający wkład w zapoczątkowanie i utrwalenie artretyzmu. 24 W modelu zapalenia stawów wywołanego kolagenem, delecja COX-2 znacząco hamuje zapalenie błony maziowej i zniszczenie stawów, podczas gdy zapalenie stawów u myszy z niedoborem COX-1 jest nie do odróżnienia od zapalenia maziówki. 25,26

Delecja COX-2 hamuje również ostry stan zapalny w modelu worka powietrznego. W tym przypadku inhibitor COX-2 NS-398, podawany 6 godzin po leczeniu karageniną, zmniejszał wytwarzanie PG u myszy WT do poziomów porównywalnych do obserwowanych u myszy COX-2-KO i był również skuteczny we wczesnych stadiach zapalenia. 27 W porównaniu z myszami WT niedobór COX-2 obniża poziom PGE2 produkcja o około 75%, natomiast niedobór COX-1 zmniejsza PGE2 poziom o 25% na tym wczesnym etapie. Do 7 dnia po leczeniu karageniną, w płynie z torebki myszy COX-2-KO była obecna większa liczba komórek zapalnych i widoczne było niewielkie ustąpienie stanu zapalnego w porównaniu z myszami WT lub COX-1-KO. 27 Wyniki te wskazują, że obie izoformy COX przyczyniają się do wytwarzania PG podczas zapalenia, a także, że PG pochodzące z COX-2 wydają się być ważne zarówno w ostrym procesie zapalnym, jak iw fazie ustępowania. Udział COX-2 w obu fazach zapalenia odnotowano również w innych modelach. Gilroy i wsp. donosili, że ekspresja COX-2 i PGE2 poziomy przejściowo wzrastały wcześnie w przebiegu zapalenia opłucnej wywołanego karageniną u szczurów. 28 Później w odpowiedzi COX-2 została ponownie indukowana do jeszcze wyższych poziomów i wytworzyła przeciwzapalne PG, takie jak PGD2 i 15-deoksy-Δ 12-14-PGJ2 (15d-PGJ2), ale tylko niski poziom prozapalnego PGE2. Kolejnym potwierdzeniem przeciwzapalnej roli COX-2 w tym modelu było odkrycie, że późne podanie selektywnego inhibitora COX-2 NS-398 zaostrza odpowiedź zapalną. Ponadto Wallace i wsp. zaobserwowali, że w modelu karageniny łapy powstałe zapalenie ustępuje w ciągu 7 dni u myszy WT, ale pozostaje niezmienione w tym okresie u myszy z niedoborem COX-2. 29 Przeciwzapalną rolę prostanoidów pochodzących z COX-2 opisano również w modelach zapalenia okrężnicy i alergicznej choroby dróg oddechowych. 30,31 Tak więc COX-2 wydaje się odgrywać podwójną rolę w procesie zapalnym, początkowo przyczyniając się do powstania stanu zapalnego, a później pomagając rozwiązać ten proces. Chociaż COX-2 odgrywa rolę we wspieraniu ustępowania tego procesu w niektórych modelach zapalenia, nie jest jasne, które produkty enzymu mogą przyczyniać się do tego efektu. Przykładem jest przypadek 15d-PGJ2. Od dawna reklamowany jako endogenny ligand receptora γ aktywowanego przez proliferatory peroksysomów (PPARγ), pozostaje do ustalenia, że ​​endogenne stężenia wystarczające do utrzymania tej funkcji powstają w każdym modelu rozwiązywania zapalenia. Błędnie podwyższone poziomy zostały zgłoszone przy użyciu różnych testów immunologicznych, ale stężenia związku związanego i wolnego, które udokumentowano jako utworzone przez ilościową spektrometrię mas, znacznie odbiegają od EC50 do aktywacji PPARγ. 32 Jedną rzeczą jest pokazanie, że domniemane produkty prorozdzielcze mogą powstawać in vitro i że syntetyczne związki wywierają działanie prorozdzielcze po podaniu in vivo, a inną dokumentacją, że stężenia utworzone in vivo w warunkach zapalenia są wystarczające i konieczne do pośredniczenia Rezolucja.

W przypadku miażdżycy wykazano, że usunięcie lub zahamowanie COX-2 w różny sposób opóźnia, przyspiesza lub pozostawia niezmienioną miażdżycę w modelach mysich. 5 Może to odzwierciedlać wpływ pourodzeniowy zakłócenia wielu ról enzymu w rozwoju KO COX-2, różnice w czasie interwencji z inhibitorami COX-2 lub brak w większości przypadków biochemicznego określenia selektywności hamowania COX -2 wdrożonego schematu leczenia. W przeciwieństwie do tego, delecja COX-1 znacznie osłabiła rozwój zmian u myszy z apolipoproteiną E-KO, podobnie jak hamowanie COX-1 i COX-2 razem w modelu receptora lipoprotein o małej gęstości-KO. 33,34 Tak więc produkty COX-1, takie jak TXA2, promują miażdżycę, podczas gdy wokół roli COX-2 jest więcej niejasności. Niemniej jednak, usunięcie IP, receptora głównego produktu COX-2, PGI2, sprzyja inicjacji i wczesnemu rozwojowi miażdżycy u myszy z hiperlipidemią. 35

PGE2 i stan zapalny

PGE2 jest jednym z najobficiej produkowanych PG w organizmie, jest najszerzej scharakteryzowany u gatunków zwierząt i wykazuje wszechstronne działanie biologiczne. W warunkach fizjologicznych PGE2 jest ważnym mediatorem wielu funkcji biologicznych, takich jak regulacja odpowiedzi immunologicznych, ciśnienie krwi, integralność przewodu pokarmowego i płodność. Rozregulowane PGE2 synteza lub degradacja jest powiązana z szerokim zakresem stanów patologicznych. 36 W stanach zapalnych PGE2 jest szczególnie interesujący, ponieważ bierze udział we wszystkich procesach prowadzących do klasycznych objawów zapalenia: zaczerwienienia, obrzęku i bólu. 37 Zaczerwienienie i obrzęk wynikają ze zwiększonego przepływu krwi do tkanki objętej stanem zapalnym przez PGE2pośredniczy augmentacja poszerzenia tętnic i zwiększona przepuszczalność naczyń mikrokrążenia. 37 Ból wynika z działania PGE2 na obwodowych neuronach czuciowych oraz w centralnych miejscach rdzenia kręgowego i mózgu. 37

PGE2 jest syntetyzowany z PGH2 przez cPGES lub mPGES-1 i mPGES-2. 38 cPGES ulega konstytutywnej i obfitej ekspresji w cytozolu różnych tkanek i komórek i wymaga glutationu jako kofaktora. 39 Rola cPGES, a nawet jego zdolność do tworzenia PGE2 jest kontrowersyjna. cPGES wydaje się być zdolny do konwersji PGH pochodzącego z COX-1, ale nie pochodzącego z COX-22 do PGE2 w komórkach, szczególnie w okresie bezpośredniego PGE2-odpowiedź biosyntetyczna wywołana przez bodźce wywołane Ca 2+. Lokalizacja cPGES w cytozolu może pozwolić na sprzężenie z proksymalną COX-1 w retikulum endoplazmatycznym zamiast dystalnej COX-2 w otoczce okołojądrowej. 39 Funkcjonalne sprzężenie cPGES z COX-1 sugeruje, że funkcje cPGES in vivo pokrywają się znacząco, jeśli nie całkowicie, z COX-1. Opracowano myszy z niedoborem cPGES, ale nie były one szczególnie pouczające w odniesieniu do znaczenia PGE pochodzącego z cPGES2, ponieważ usunięcie tego enzymu powoduje okołoporodową śmiertelność. 40

mPGES-1 jest członkiem białek związanych z błoną zaangażowanych w nadrodzinę metabolizmu eikozanoidów i glutationu i podobnie jak cPGES wymaga glutationu jako kofaktora. 41 mPGES-1 jest białkiem okołojądrowym, które jest wyraźnie indukowane przez cytokiny i czynniki wzrostu i obniżane przez przeciwzapalne glikokortykoidy, jak w przypadku COX-2. 42,43 Jest funkcjonalnie sprzężony z COX-2 z wyraźną preferencją do COX-1. 44 Odnotowano również konstytutywną ekspresję mPGES-1 w pewnych tkankach i typach komórek.

Pokolenie myszy z niedoborem mPGES-1 ujawniło dominującą rolę tego enzymu w PGE2 pokolenie istotne dla promocji stanu zapalnego. W indukowanym kolagenem zapaleniu stawów, modelu choroby ludzkiego RA, myszy mPGES-1-null wykazywały zmniejszoną częstość występowania i nasilenie choroby w porównaniu z kontrolami WT. 45 Ta różnica nie była związana ze zmianami w wytwarzaniu interleukiny (IL)-6 przez makrofagi otrzewnowe lub istotnymi różnicami w krążących przeciwciałach antykolagenowych IgG2a. Podobnie w przypadku zapalenia stawów wywołanego przeciwciałami kolagenowymi, innym modelu RZS, który nie obejmuje aktywacji układu odpornościowego, myszy mPGES-1-null miały podobną częstość występowania, ale mniejsze nasilenie zapalenia stawów niż myszy WT, a także 50% zmniejszenie poziomu PGE w łapach2. 46 W tym samym badaniu zaobserwowano również, że migracja makrofagów po wstrzyknięciu tioglikolanu do otrzewnej była uderzająco zmniejszona u myszy mPGES-1-null w porównaniu z myszami WT. 46

Tworzenie ziarniny zapalnej i towarzysząca angiogeneza w grzbiecie, wywołane podskórnym wszczepieniem nici bawełnianej w łapę, było znacznie zmniejszone u myszy mPGES-1-KO w porównaniu z myszami WT. 46 W tym modelu niedobór mPGES-1 był również związany ze zmniejszoną indukcją czynnika wzrostu komórek śródbłonka naczyniowego w tkance ziarninowej. Wyniki te wskazują, że PGE . pochodzące z mPGES-12, we współpracy z czynnikiem wzrostu śródbłonka naczyniowego, może odgrywać kluczową rolę w rozwoju ziarniny zapalnej i angiogenezy, ostatecznie przyczyniając się do przebudowy tkanek.

Razem odkrycia te ilustrują, że delecja lub hamowanie mPGES-1 znacznie zmniejsza odpowiedź zapalną w kilku modelach mysich. Prozapalne działanie PGE pochodzącego z mPGES-12 zaobserwowano również w miażdżycy. Delecja mPGES-1 opóźnionej miażdżycy u myszy z hiperlipidemią karmionych tłuszczem, u obu płci. 47 Co ciekawe, oprócz oczekiwanej depresji PGE2 produkcja, usunięcie mPGES-1 pozwala na przekierowanie PGH2 substrat do innych syntaz PG, np. ze zwiększonym tworzeniem PGI2 i PGD2. 47 To komplikuje wybór mPGES-1 jako celu dla leku. Tak więc podwyższony PGI2 może przyczyniać się do łagodniejszego profilu sercowo-naczyniowego delecji mPGES-1 w porównaniu z delecją lub inhibicją COX-2: mniejsza predyspozycja do nadciśnienia tętniczego i trombogenezy. Jednak ten sam efekt może łagodzić ulgę w bólu w przypadku rozszerzonego PGI2lub może pośredniczyć w niekorzystnym wpływie na napięcie oskrzeli, alergicznej chorobie zapalnej lub cyklu snu-czuwania, w przypadku podwyższonego PGD2. Może to tłumaczyć mniej imponującą skuteczność zaburzania mPGES-1 w porównaniu z COX-2 w niektórych modelach bólu. 48 Ostatnio Brenneis i wsp. przedstawili dowody na to, że PGE pochodzące z mPGES-12 może przyczyniać się zarówno do promowania, jak i ustąpienia zapalenia nerwów u myszy. 49 Wreszcie, główne produkty substratu przekierowania będą pod wpływem dominującego typu komórki w określonym otoczeniu. Na przykład rozszerzone PGI2 może przyczyniać się do zahamowania rozwoju miażdżycy u myszy z hiperlipidemią w następstwie delecji mPGES-1. 47 Wciąż jednak okaże się, czy hamowanie mPGES-1 w przypadku rozwiniętej miażdżycy powoduje regresję lub może przyspieszać dalszą progresję choroby z powodu przekierowania endonadtlenku do TXA2 w blaszkach bogatych w makrofagi.

mPGES-2 jest syntetyzowany jako białko związane z błoną Golgiego, a proteolityczne usunięcie N-końcowej domeny hydrofobowej prowadzi do powstania dojrzałego enzymu cytozolowego. Enzym ten ulega konstytutywnej ekspresji w różnych komórkach i tkankach i jest funkcjonalnie sprzężony z COX-1 i COX-2. 37 myszy z niedoborem mPGES-2 nie wykazywało specyficznego fenotypu i żadnych zmian w PGE2 poziomy w kilku tkankach lub w makrofagach stymulowanych LPS. 50 Badania na myszach zerowych PGES wykazały, że regulacja krzyżowa między różnymi izoformami PGES może czasami funkcjonować jako mechanizm kompensacyjny. Na przykład myszy mPGES-1-null wykazują opóźniony wzrost PGE . w moczu2 wydalanie w odpowiedzi na ostre nasycenie wodą, jednocześnie ze zwiększoną ekspresją cPGES w rdzeniu nerkowym, ale nie mPGES-2. 51 Podobne dowody sugerujące współregulację zaobserwowano w przypadku COX. Tak więc, delecja COX-2 w makrofagach jest związana z podwyższoną ekspresją COX-2 w komórkach mięśni gładkich naczyń (VSMC) w blaszce miażdżycowej. 52

Po PGE2 powstaje, jest aktywnie transportowana przez błonę przez zależne od ATP białko 4 oporności wielolekowej lub dyfunduje przez błonę plazmatyczną, aby działać w miejscu wydzielania lub w jego pobliżu. 53

PGE2 następnie działa lokalnie poprzez wiązanie 1 lub więcej z 4 pokrewnych receptorów (tabela), zwanych EP1–EP4. 45 Spośród 4 EP, receptory EP3 i EP4 są najbardziej rozpowszechnione, a ich mRNA ulegają ekspresji w prawie wszystkich tkankach myszy i mają najwyższe powinowactwo do wiązania PGE2. W przeciwieństwie do tego, dystrybucja mRNA EP1 jest ograniczona do kilku narządów, takich jak nerki, płuca i żołądek, a EP2 jest najmniej obfitym z receptorów EP. Zarówno EP1 jak i EP2 wiążą PGE2 z niższym powinowactwem. 54 Każdy podtyp EP wykazuje odrębną lokalizację komórkową w tkankach. 54

Jedną z lekcji wyciągniętych z badań myszy KO jest to, że PGE2 może wywoływać zarówno reakcje prozapalne, jak i przeciwzapalne, a działania te są często wytwarzane poprzez regulację ekspresji genów receptora w odpowiednich tkankach. Na przykład w hiperalgezji, klasycznej oznaki stanu zapalnego, pośredniczy głównie PGE2 poprzez sygnalizację receptora EP1, który działa na obwodowe neurony czuciowe w miejscu zapalenia, jak również na centralne miejsca neuronalne. 55 Inne badania również wiązały receptor EP3 z odpowiedzią na ból zapalny, w której pośredniczą niskie dawki PGE2. 56

EP2 i EP4 redundantnie pośredniczą w rozwoju obrzęku łapy związanego z zapaleniem stawów wywołanym kolagenem. 57 Podobnie, badania obrzęku łapy wywołanego karageniną i zapalenia opłucnej wywołanego karageniną wykazały udział EP2 i EP3 w wysięku zapalnym. 58 Receptor EP4 wydaje się również odgrywać prozapalną rolę w patogenezie RZS. PGE2 wytwarzana przez reumatoidalną maziówkę jest zaangażowana w produkcję IL-6 i niszczenie stawów. 59,60 Myszy z niedoborem receptorów EP4, ale nie EP1, EP2 lub EP3 wykazują osłabioną odpowiedź w modelu zapalenia stawów wywołanego przeciwciałami kolagenowymi, ze znacznie niższymi poziomami cytokin zapalnych IL-6 i IL-1 oraz dramatycznym zmniejszenie klinicznych objawów choroby. 61 Działania przeciwzapalne PG są zwykle obserwowane w zapaleniu alergicznym lub immunologicznym i są zwykle równoważone przez działanie prozapalne innych PG. Tak kontrastująca biologia jest widoczna między ChOG2-IP i TXA2-ścieżki TP w chorobie sercowo-naczyniowej i między PGD2-DP i PGE2Szlaki -EP3 w wywoływaniu astmy alergicznej. 62,63

PGE2, wiążąc się z różnymi receptorami EP, może regulować funkcję wielu typów komórek, w tym makrofagów, komórek dendrytycznych (DC) oraz limfocytów T i B, prowadząc zarówno do działania pro-, jak i przeciwzapalnego. Jako mediator prozapalny PGE2 przyczynia się do regulacji profilu ekspresji cytokin DC i doniesiono, że wpływa na różnicowanie limfocytów T w kierunku odpowiedzi T pomocniczej (Th) 1 lub Th2. 35 Ostatnie badanie wykazało, że PGE2Sygnalizacja -EP4 w DC i komórkach T ułatwia różnicowanie Th17 zależne od Th1 i IL-23. 64 Ponadto PGE2 ma zasadnicze znaczenie dla indukcji migrującego fenotypu DC, umożliwiającego ich naprowadzanie do drenujących węzłów chłonnych. 65,66 Jednocześnie PGE2 stymulacja wcześnie podczas dojrzewania indukuje ekspresję cząsteczek kostymulujących z nadrodziny czynnika martwicy nowotworu na DC, powodując zwiększoną aktywację komórek T. 67 Natomiast PGE2 wykazano również, że hamuje różnicowanie Th1, funkcje komórek B i reakcje alergiczne. 68 Ponadto PGE2 może wywierać działanie przeciwzapalne na wrodzone komórki odpornościowe, takie jak neutrofile, monocyty i komórki NK. 68

PGE2 może zatem modulować różne etapy stanu zapalnego w sposób zależny od kontekstu i koordynować cały proces zarówno w kierunku prozapalnym, jak i przeciwzapalnym.

Ta podwójna rola PGE2 a jego receptory w modulowaniu odpowiedzi zapalnej zaobserwowano w kilku zaburzeniach. W miażdżycy, niedobór EP4 promuje apoptozę makrofagów i hamuje wczesną miażdżycę w receptorach lipoprotein o niskiej gęstości -/- myszy chimerycznych dla EP4 -/- w komórkach krwiotwórczych po 8 tygodniach na diecie zachodniej. 69 Niedobór EP2 w komórkach krwiotwórczych ujawnił tendencję do podobnego, ale umiarkowanego wpływu na miażdżycę. 69 W tym samym badaniu makrofagi EP4 wydawały się odgrywać rolę prozapalną we wczesnych stadiach miażdżycy poprzez regulację produkcji cytokin zapalnych, takich jak IL-1β, IL-6 i białko chemotaktyczne monocytów-1.69 W przeciwieństwie do tego, delecja EP4 w komórkach pochodzących ze szpiku kostnego nasilała miejscowy stan zapalny (zwiększona ekspresja białek chemotaktycznych, w tym białka chemotaktycznego monocytów-1 i IL-10 oraz zwiększona liczba komórek zapalnych, takich jak makrofagi i limfocyty T) oraz zmieniona skład zmian ( wzrost komórek mięśni gładkich w obrębie płytki), ale nie zmienił rozmiaru ani morfologii płytki w ustalonej miażdżycy (po 10 tygodniach diety wysokotłuszczowej). 70

PGE2 odgrywa również przeciwstawne role podczas neurozapalenia. PGE indukowana LPS2 Synteza powoduje szkodliwe efekty w neuronach, powodując uszkodzenia lub wzmożoną transmisję bólu. 71-73

Jednak PGE2 ma również właściwości przeciwzapalne. Pośredniczy w neuroprotekcji indukowanej bradykininą i blokuje syntezę cytokin indukowaną przez LPS i ATP w hodowanych mikrogleju i kokulturach neuronów glejowych. 74,75 Przeciwzapalne i neuroprotekcyjne działanie PGE2 pośredniczą przez mikroglejowe receptory EP2 i EP4. Ostatnio pojawiły się doniesienia, że ​​PGE2 ogranicza syntezę cytokin i PG głównie poprzez aktywację EP2 w modelu zapalenia nerwów wywołanego przez LPS i że mPGES-1 jest enzymem krytycznym w tej regulacji ujemnego sprzężenia zwrotnego. 49

ChOG2 i stan zapalny

ChOG2 jest jednym z najważniejszych prostanoidów regulujących homeostazę układu krążenia. Komórki naczyniowe, w tym komórki śródbłonka, VSMC i komórki progenitorowe śródbłonka, są głównym źródłem PGI2. 76

ChOG2 jest generowany przez sekwencyjne działanie COX i PGIS, członka nadrodziny cytochromu P450, który specyficznie przekształca PGH2 do ChOG2. PGIS znajduje się w jednym miejscu z COX w retikulum endoplazmatycznym, błonie plazmatycznej i błonie jądrowej. 77 PGIS jest konstytutywnie wyrażany w komórkach śródbłonka, gdzie łączy się z COX-1, 78, chociaż PGI zależny od COX-22 doniesiono, że wytwarzanie przez komórki śródbłonka jest modulowane in vitro przez trombinę, stres ścinający, utlenioną lipoproteinę o małej gęstości, niedotlenienie i zapalne cytokiny i jest synchronizowane przez regulację w górę COX-2. 79,80 Badania in vivo na myszach i ludziach wykazały, że COX-2 jest dominującym źródłem PGI2. 81

Po wygenerowaniu ChOG2 jest uwalniany do działania na sąsiednie VSMC, a także na krążące płytki krwi. Rzeczywiście, ChOG2 działa miejscowo, nie jest magazynowany i jest szybko przekształcany w procesach nieenzymatycznych w nieaktywny produkt hydrolizy, 6-keto-PGF. 82

ChOG2 jest silnym środkiem rozszerzającym naczynia krwionośne i inhibitorem agregacji płytek krwi, adhezji leukocytów i proliferacji VSMC. 75 ChOG2 jest również antymitogenny i hamuje syntezę DNA w VSMC. 83

Te działania ChOG2 pośredniczą przez specyficzne receptory IP (tabela). Receptor ten ulega ekspresji w nerkach, wątrobie, płucach, płytkach krwi, sercu i aorcie. 84 Istnieją niejednoznaczne dowody na to, że niektóre skutki PGI2 w układzie naczyniowym może odbywać się za pośrednictwem szlaku PPARδ, oprócz klasycznego szlaku sygnałowego IP-cAMP. 85 ChOG2 może jednak aktywować PPARδ, podobnie jak w przypadku 15d-PGD2 i PPARγ, nie jest jasne, czy stanowi on cel biologiczny w stężeniach ligandu osiąganych in vivo. 86

Chociaż myszy z niedoborem IP dojrzewają normalnie bez samoistnej zakrzepicy, zarówno odpowiedź na bodźce trombogenne, jak i proliferacja VSMC w odpowiedzi na uszkodzenie naczyń są wzmocnione w porównaniu z kontrolnymi miotami. 87 Myszy pozbawione IP są również wrażliwe na nadciśnienie indukowane solą pokarmową 88 i wykazują przyspieszoną miażdżycę ze zwiększoną aktywacją płytek krwi i zwiększoną adhezją leukocytów na ścianach naczyń zarówno w modelu receptora lipoprotein o małej gęstości, jak i apolipoproteiny EKO. 35,89

Oprócz wpływu na układ sercowo-naczyniowy, PGI2 jest ważnym mediatorem obrzęku i bólu towarzyszącego ostremu zapaleniu. ChOG2 jest szybko wytwarzana po uszkodzeniu tkanki lub zapaleniu i jest obecna w wysokich stężeniach w środowisku zapalnym. 90 CHOG2 jest najliczniejszym prostanoidem w mazi stawowej w ludzkich stawach kolanowych z zapaleniem stawów, a także w płynie jamy otrzewnowej myszy, którym wstrzyknięto środki drażniące. 91,92 U myszy z niedoborem receptora IP nasilenie indukowanej bradykininą przepuszczalności mikronaczyniowej przez PGI2 jest dodatkowo zniesione, te myszy mają znacznie zmniejszony obrzęk łap wywołany karageniną. 93 Poziom obrzęku łap obserwowany u myszy z niedoborem IP był równoważny z poziomem kontrolnym, którym podawano indometacynę, a leczenie indometacyną zwierząt z niedoborem IP nie powodowało dalszego zmniejszenia obrzęku, co wskazuje, że PGI2Sygnalizacja receptora IP jest głównym szlakiem prostanoidowym, który pośredniczy w ostrej odpowiedzi zapalnej w tym modelu. Sugerowano również, że bradykinina indukuje PGI2 formacja prowadząca do zwiększenia przepuszczalności naczyń mikrokrążenia i obrzęku. 94 Wykazano, że receptor IP pośredniczy w bólu nocyceptywnym podczas ostrego zapalenia. mRNA receptora IP jest obecny w neuronach zwoju korzeni grzbietowych, w tym w tych, które eksprymują substancję P, marker nocyceptywnych neuronów czuciowych. 95 myszy z niedoborem receptora IP ma osłabioną odpowiedź wijącą się po dootrzewnowym wstrzyknięciu kwasu octowego lub PGI2, co wskazuje, że receptor IP odgrywa rolę w pośredniczeniu w obwodowej nocyceptywnej uczuleniu na bodźce zapalne. 93 Receptor IP jest również wyrażany w rdzeniu kręgowym i bierze udział w przenoszeniu bólu kręgosłupa w odpowiedzi na zapalenie obwodowe. Wykazano, że 96 antagoniści IP zmniejszają odpowiedzi bólowe w kilku modelach, w tym skurcze brzucha wywołane kwasem octowym, mechaniczną hiperalgezję wywołaną przez karageninę oraz ból związany z modelami zapalenia kości i stawów i zapalenia stawów. 97,98 W przeciwieństwie do prozapalnych efektów aktywacji receptora IP w niealergicznym ostrym zapaleniu, niektóre badania sugerują, że sygnalizacja receptora IP hamuje alergiczną odpowiedź zapalną, w której pośredniczy Th2. 99 mRNA receptora IP jest podwyższony w komórkach CD4+ Th2 i hamuje PGI2 tworzenie się przez inhibitor COX-2 NS-398 podczas indukowanego antygenem zapalenia dróg oddechowych skutkuje większym zapaleniem płuc, w którym pośredniczy Th2. 99 ChOG2 sugerowano, że wywiera ten efekt częściowo poprzez zwiększenie produkcji cytokiny przeciwzapalnej IL-10 przez komórki Th2. Ta immunosupresyjna rola receptora IP w zapaleniu, w którym pośredniczy Th2 jest poparta obserwacją, że w astmie indukowanej albuminą jaja kurzego (OVA) delecja IP powoduje zwiększoną indukowaną antygenem akumulację leukocytów w płynie z płukania oskrzelowo-pęcherzykowego oraz nacieki zapalne okołooskrzelowe i okołonaczyniowe. 100 Tak więc ChOG2 może zmienić równowagę układu odpornościowego z odpowiedzi dominującej Th2 i zahamować zapalenie alergiczne.

PGD2 i stan zapalny

PGD2 jest głównym eikozanoidem, który jest syntetyzowany zarówno w ośrodkowym układzie nerwowym, jak iw tkankach obwodowych i wydaje się, że działa zarówno jako środek zapalny, jak i homeostatyczny. 101 W mózgu PGD2 bierze udział w regulacji snu i innych czynności ośrodkowego układu nerwowego, w tym percepcji bólu. 102 103 W tkankach obwodowych, PGD2 jest produkowany głównie przez komórki tuczne, ale także przez inne leukocyty, takie jak DC i Th2 komórki. 104–106 Dwie odmienne genetycznie PGD2Zidentyfikowano enzymy syntetyzujące, w tym syntazy PGD typu krwiotwórczego i lipokaliny (odpowiednio H-PGDS i L-PGDS). H-PGDS jest ogólnie zlokalizowany w cytozolu komórek odpornościowych i zapalnych, podczas gdy L-PGDS jest bardziej ograniczony do ekspresji w tkankach. 107

PGD2 może być dalej metabolizowany do PGF, 9α,11β-PGF2 (stereoizomer PGF) i serii J cyklopentanonu PG, w tym PGJ2, Δ 12 -PGJ2i 15d-PGJ2. 108 Synteza PG serii J obejmuje PGD2 poddanie się wstępnej reakcji odwodnienia w celu wytworzenia PGJ2 i 15d-PGJ2, po czym PGJ2 jest konwertowany na 15d-PGJ2 oraz Δ 12 -PGJ2 odpowiednio poprzez reakcje zależne od albumin i niezależne od albumin. 109

PGD2 aktywność jest głównie pośredniczona przez DP lub DP1 i CRTH2 lub DP2, jak opisano wcześniej (Tabela). Również 15d-PGJ2 wiąże z niskim powinowactwem jądrowy PPARγ. 110

PGD2 od dawna jest związany ze stanami zapalnymi i atopowymi, chociaż może również wywierać szereg istotnych immunologicznie funkcji przeciwzapalnych.

PGD2 jest głównym prostanoidem wytwarzanym przez aktywowane komórki tuczne, które inicjują ostre reakcje alergiczne typu I zależne od IgE. 104 111 Udowodniono, że obecność alergenu wyzwala wytwarzanie PGD2 u osób uczulonych. U astmatyków PGD2, który można wykryć w płynie z płukania oskrzelowo-pęcherzykowego w ciągu kilku minut, osiąga poziom biologicznie czynny co najmniej 150-krotnie wyższy niż poziom przedalergenowy. 112 PGD2 jest wytwarzany również przez inne komórki odpornościowe, takie jak prezentujące antygen DC i Th2 komórek, co sugeruje modulacyjną rolę PGD2 w rozwoju odpowiedzi układu odpornościowego swoistych dla antygenu. 104 105 PGD2 prowokacja wywołuje kilka cech charakterystycznych astmy alergicznej, takich jak skurcz oskrzeli i naciek eozynofili w drogach oddechowych, 113 114, a myszy z nadekspresją L-PGDS mają podwyższone PGD2 i zwiększona odpowiedź alergiczna w modelu nadreaktywności dróg oddechowych wywołanej przez OVA. 115

Prozapalne działanie PGD2 wydaje się, że pośredniczą zarówno receptory DP1, jak i DP2/CRTH2. Ponieważ oba receptory wiążą PGD2 o podobnym wysokim powinowactwie, PGD2 wytwarzane przez aktywowane komórki tuczne lub limfocyty T byłyby zdolne do aktywacji wielu szlaków sygnałowych prowadzących do różnych efektów, w zależności od tego, czy receptory DP1 lub DP2/CRTH2 lub oba są wyrażane lokalnie.

Receptor DP1 ulega ekspresji na nabłonku oskrzeli i proponowano, że pośredniczy w wytwarzaniu chemokin i cytokin, które rekrutują zapalne limfocyty i eozynofile, prowadząc do zapalenia dróg oddechowych i nadreaktywności obserwowanej w astmie. 116 Myszy z niedoborem DP1 wykazują zmniejszoną nadwrażliwość dróg oddechowych i zapalenie płuc zależne od Th2 w modelu astmy indukowanej OVA, co sugeruje, że DP1 odgrywa kluczową rolę w pośredniczeniu w skutkach PGD2 uwalniane przez komórki tuczne podczas odpowiedzi astmatycznej. 62 Ponadto PGD2 może hamować apoptozę eozynofili za pośrednictwem receptora DP1. 117

Antagoniści DP1 wykazują właściwości przeciwzapalne w kilku modelach eksperymentalnych, w tym hamowanie indukowanej przez antygen przepuszczalności naczyń mikrokrążenia spojówki u świnek morskich i indukowanej przez OVA nadreaktywności dróg oddechowych u myszy. 118 119

Receptory DP2/CRTH2 przyczyniają się w dużej mierze do odpowiedzi patogennych poprzez pośredniczenie w przemieszczaniu komórek zapalnych i modulowanie funkcji efektorowych. PGD2 uwalniane z komórek tucznych może pośredniczyć w rekrutacji limfocytów Th2 i eozynofili bezpośrednio przez receptor DP2/CRTH2. U ludzi receptor DP2/CRTH2 jest wyrażany na limfocytach Th2, eozynofilach i bazofilach, 8120 121, a wzrost liczby limfocytów T DP2/CRTH2+ jest dodatnio związany z niektórymi postaciami atopowego zapalenia skóry. 122 Wykazano, że receptor DP2/CRTH2 pośredniczy w PGD2-stymulowana chemotaksja tych komórek in vitro i mobilizacja leukocytów in vivo. 123

W przeciwieństwie do prozapalnej roli PGD2 w zapaleniu alergicznym, PGD2 może działać hamująco na stan zapalny w innych kontekstach. Receptor DP1 ulega ekspresji na DC, które odgrywają kluczową rolę w inicjowaniu adaptacyjnej odpowiedzi immunologicznej na obce antygeny. PGD2 aktywacja receptora DP1 hamuje migrację DC z płuc do węzłów chłonnych po prowokacji OVA, prowadząc do zmniejszonej proliferacji i wytwarzania cytokin przez komórki T specyficzne względem antygenu. 124 Aktywacja DP1 zmniejsza również eozynofilię w zapaleniu alergicznym u myszy i pośredniczy w hamowaniu funkcji komórek Langerhansa prezentujących antygen przez PGD2. 125 126 Jak wspomniano, PGD2 i jego produkt degradacji 15d-PGJ2 zostały zasugerowane jako produkty COX-2 zaangażowane w rozwiązywanie stanu zapalnego. 28,127 Podawanie inhibitora COX-2 podczas fazy ustępowania zaostrzyło stan zapalny w modelu zapalenia opłucnej wywołanego karageniną28. W modelu zapalenia otrzewnej indukowanego zymosanem, usunięcie H-PGDS wywołało bardziej agresywną odpowiedź zapalną i upośledzenie ustępowania, wyniki, które były łagodzone przez dodanie agonisty DP1 lub 15d-PGJ2. 123 Chociaż dane te wydają się implikować PGD2 i 15d-PGJ2 w rozdzielczości istnieje duża rozbieżność między nanomolarnymi a pikomolarnymi ilościami 15d-PGJ2 wykryte za pomocą metodologii fizykochemicznej w warunkach in vivo i ilości potrzebnej do uzyskania efektu biologicznego in vitro na PPARγ lub czynnik jądrowy-κB (ilości mikromolowe). 32,128,129 Tę rozbieżność potwierdzają ostatnie dane dotyczące zapalenia otrzewnej indukowanego zymosanem, gdzie obserwowaliśmy wywołaną biosyntezę PGD2 tylko w fazie prozapalnej, a nie podczas ustępowania. Zgodnie z tą obserwacją, delecja DP2/CRTH2 zmniejszyła nasilenie ostrego zapalenia, ale ani delecja DP1 ani DP2/CRTH2 nie wpływała na jego ustąpienie. Chociaż 15d-PGJ2 jest łatwo wykrywalny, gdy syntetyczny PGD2 jest podawany gryzoniom, 130 endogennej biosyntezy 15d-PGJ2 nie został wykryty podczas nasilania lub ustępowania stanu zapalnego (J. Mehta i wsp., dane niepublikowane, 2010).

PGD2 może odgrywać rolę w ewolucji miażdżycy. W kontekście zapalenia błony wewnętrznej, PGD2 częściowo pochodzi z komórek zapalnych wytwarzających H-PGDS, które są chemotaktycznie zmuszane do przenikania układu naczyniowego. 131,132 Dodatkowo ekspresja L-PGDS jest indukowana przez laminarny stres w komórkach śródbłonka naczyniowego i jest aktywnie eksprymowana w syntetycznych komórkach mięśni gładkich miażdżycowej błony wewnętrznej naczyń i blaszek wieńcowych tętnic z ciężkim zwężeniem. 133-135 PGD2 wykazano, że hamuje ekspresję genów prozapalnych, takich jak indukowana syntaza tlenku azotu i inhibitor aktywatora plazminogenu. 136,137 Rzeczywiście, niedobór L-PGDS przyspiesza miażdżycę. 138

Podsumowując, badania z inhibitorami COX-2 sugerują, że produkty tego enzymu mogą odgrywać rolę w ustępowaniu kilku modeli zapalenia. Jednakże, tożsamość takich produktów, czy to utworzonych bezpośrednio przez COX-2, czy z powodu zmiany substratu w wyniku hamowania COX-2, pozostaje w wielu przypadkach do ustalenia.

PGF2α i stan zapalny

PGF jest syntetyzowany z PGH2 poprzez syntazę PGF i działa poprzez FP, który łączy się z GQ białko w celu podniesienia wewnątrzkomórkowego stężenia wolnego wapnia (tabela). Opisano dwa warianty owczego receptora FP o zróżnicowanym splicingu: FPA i FPb, które różnią się od siebie długością ogonów C-końcowych. 139 Receptor FP jest najmniej selektywny z receptorów prostanoidowych w wiązaniu głównych endogennych PG, zarówno PGD2 i PGE2 powiązać FP z EC50 wartości w zakresie nanomolowym. Związki pierścieniowe 140 PGF mogą powstawać jako produkty drugorzędne z innych PG. Na przykład enzymatyczna redukcja grupy 9-keto związków PGE przez 9-ketoreduktazy powoduje powstanie 9a-hydroksylu, dając PGFα związki, lub rzadziej 9b-hydroksyl, dające PGFβ związki. 141 Metabolity pierścienia PGF mogą być również tworzone ze związków pierścienia PGD przez 11-ketoreduktazy. 142

15-Keto-dihydro-PGF, główny stabilny metabolit PGF który odzwierciedla PGF in vivo biosynteza występuje w większych ilościach najpierw w osoczu krwi obwodowej, a później w moczu, zarówno w podstawowych warunkach fizjologicznych, jak i w pewnych sytuacjach fizjologicznych i patofizjologicznych, takich jak ostre i przewlekłe stany zapalne. 143

PGF, pochodzący głównie z COX-1 w żeńskim układzie rozrodczym, odgrywa ważną rolę w owulacji, luteolizie, skurczu mięśni gładkich macicy i inicjacji porodu. 144,145 Ostatnie badania wykazały, że PGF Odgrywa również istotną rolę w czynności nerek,146 skurczu tętnic,147 dysfunkcji mięśnia sercowego,148,149, urazie mózgu,150 i bólu. 151 analogów PGF zostały wcześniej opracowane do synchronizacji rui i aborcji u zwierząt domowych 152,153 oraz do wpływania na funkcje rozrodcze człowieka. 154 Agoniści FP są szeroko wykorzystywani na całym świecie do obniżania ciśnienia wewnątrzgałkowego w leczeniu jaskry. 155

Administracja PGF prowadzi do ostrego zapalenia, a NLPZ hamują PGF biosynteza zarówno in vitro jak i in vivo. 144 W modelach ostrego zapalenia wywołana biosynteza PGF może pokrywać się z katalizowaną przez wolne rodniki generacją izoprostanów pierścienia F, wskaźników peroksydacji lipidów. 156,157 Częstoskurcz wywołany u myszy WT przez wstrzyknięcie LPS jest znacznie osłabiony u myszy z niedoborem FP lub TP i jest całkowicie nieobecny u myszy pozbawionych obu tych receptorów. 148 W niedawnym badaniu doniesiono, że usunięcie FP selektywnie osłabia włóknienie płuc bez zmiany w zapaleniu pęcherzyków po inwazji drobnoustrojów. 158

Podwyższona biosynteza PGF zgłaszano u pacjentów z RZS, łuszczycowym zapaleniem stawów, reaktywnym zapaleniem stawów i chorobą zwyrodnieniową stawów. 159

Czynniki ryzyka sercowo-naczyniowego, takie jak cukrzyca, otyłość, palenie tytoniu i pogrubienie stosunku intima-media w tętnicy szyjnej, były różnie związane ze wzrostem PGF metabolity wraz z IL-6 i białkami ostrej fazy w płynach ustrojowych. 160,161 Usunięcie FP obniża ciśnienie krwi i opóźnia towarzyszącą miażdżycę u myszy z hiperlipidemią pomimo braku wykrywalnego FP w dużych naczyniach krwionośnych i ich blaszkach miażdżycowych. 162 PGF jest najliczniejszym prostanoidem tworzonym przez ludzkie komórki śródbłonka pępowiny w odpowiedzi na laminarny stres ścinający, który zwiększa ekspresję COX-2. 163

Rosnąca rola PGF w ostrych i przewlekłych stanach zapalnych otwiera możliwości projektowania nowych leków przeciwzapalnych.

Tromboksan i stan zapalny

TXA2, niestabilny metabolit AA z okresem półtrwania około 30 sekund, jest syntetyzowany z PGH2 poprzez syntazę tromboksanu i jest nieenzymatycznie rozkładany do biologicznie nieaktywnego TXB2. TXA2 pochodzi głównie z płytek COX-1, ale może być również wytwarzana przez inne typy komórek, w tym makrofagi COX-2. 164,165

TXA2 działalność jest głównie pośredniczona przez TP, która łączy się z GQ, G12/13oraz wiele małych białek G, które z kolei regulują kilka efektorów, w tym fosfolipazę C, małe białko G Rho i cyklazę adenylylową (tabela). 166 TPα i TPβ, 2 splicowane izoformy TP u ludzi, komunikują się z różnymi białkami G i ulegają heterodimeryzacji, co powoduje zmiany w ruchu wewnątrzkomórkowym i konformacji białek receptorowych. Tylko białko TPα ulega ekspresji u myszy.

Aktywacja TP pośredniczy w kilku fizjologicznych i patofizjologicznych reakcjach, w tym adhezji i agregacji płytek krwi, skurczu i proliferacji mięśni gładkich oraz aktywacji śródbłonkowych odpowiedzi zapalnych. 167 Funkcja TP jest regulowana przez kilka czynników, takich jak oligomeryzacja, odczulanie i internalizacja, glikozylacja i przenikanie do receptorowych kinaz tyrozynowych. 167

Chociaż TXA2 jest preferencyjnym fizjologicznym ligandem receptora TP, PGH2w szczególności może również aktywować ten receptor. 168 Ponadto izoprostany (nieenzymatyczne, katalizowane przez wolne rodniki produkty peroksydacji wielonienasyconych kwasów tłuszczowych) i kwasy hydroksyeikozatetraenowe (generowane przez lipooksygenazy i monooksygenazy cytochromu P450 lub tworzone przez nieenzymatyczną peroksydację lipidów) są również silnymi agonistami receptorów TP. 169,170 W przeciwieństwie do tego, dihydropochodne kwasu epoksyeikozatrienowego (metabolity AA cytochromu P450) są selektywnymi endogennymi antagonistami TP. 171 Jednak czy PGH2, izoprostany lub kwasy hydroksyeikozatetraenowe znacząco przyczyniają się do odpowiedzi przypisywanych aktywacji TP in vivo, które nadal pozostają do zbadania. Na przykład aktywacja TP przez izoprostany może odgrywać ważną rolę w warunkach klinicznych stresu oksydacyjnego, takich jak podczas reperfuzji po przeszczepieniu narządu.

Myszy z niedoborem TP mają prawidłowe ciśnienie, ale mają tępe odpowiedzi naczyniowe na agonistów TP i wykazują tendencję do krwawień. 172

Usunięcie TP zmniejsza proliferację naczyń i aktywację płytek krwi w odpowiedzi na uszkodzenie naczyń, opóźnia powstawanie miażdżycy i zapobiega nadciśnieniu indukowanemu angiotensyną II i I-NAME i związanemu z nim przerostowi serca. 87,89,173,174

W modelach wstrząsu septycznego, delecja TP lub antagonizm TP chroniły przed różnymi odpowiedziami indukowanymi przez LPS, takimi jak wzrost ekspresji indukowanej syntazy tlenku azotu, ostra niewydolność nerek i częstoskurcz zapalny [175,176], co sugeruje potencjalną rolę TXA2 jako mediator prozapalny.

Fenotyp myszy z niedoborem syntazy tromboksanu jest znacznie mniej wyraźny, być może dlatego, że TXA2 jest tylko jednym z endogennych ligandów TP i bardziej prawdopodobne, ponieważ delecja tego enzymu może przekierować PGH2 w kierunku innych syntaz równoważących. 177

Prostanoidy w tłumaczeniu

W tym przeglądzie opisano oszałamiającą złożoność dowodów dotyczących roli prostanoidów w zapaleniu. Różne produkty mają sprzeczny wpływ zarówno na promowanie, jak i rozwiązywanie stanów zapalnych. Ten sam produkt tworzony przez różne enzymy — COX-1 lub COX-2 — może promować lub leczyć stan zapalny. Produkty tego samego enzymu mogą nasilać lub usuwać stany zapalne w różnych modelach. Różne typy komórek, które dominują na różnych etapach ewolucji choroby, wytwarzają prostanoidy, które mają przeciwstawny wpływ na stan zapalny. Poszczególne prostanoidy w swoich biologicznych skutkach w znacznym stopniu pokrywają się z innymi mediatorami.

Te obserwacje nasuwają kilka pytań.

Po pierwsze, biorąc pod uwagę ten złożony zestaw efektów biologicznych, w których pośredniczą prostanoidy, w jaki sposób ich ogólne hamowanie, wysoko w kaskadzie, skutkuje lekami, które są dość dobrze tolerowane i dość skuteczne? Aspiryna i niezliczone NLPZ, w tym paracetamol i te opracowane w celu selektywnego hamowania COX-2, należą do najczęściej spożywanych leków na świecie. Brakuje twardych dowodów, którymi można by odpowiedzieć na to pytanie, ale spekulujmy. Aspiryna w dawkach mniejszych niż 100 mg dziennie lub większych niż 1 g dziennie ma równoważny wpływ na TXA pochodzące z płytek COX-12. Oboje całkowicie to tłumią. Jednak rosnące dzienne dawki aspiryny coraz bardziej hamują PGI2 przypadkowo z tym efektem. Nie dysponujemy bezpośrednimi randomizowanymi porównaniami pomiędzy dawkami, ale porównania pośrednie sugerują, że skuteczność kardioprotekcyjna aspiryny może być stopniowo osłabiana wraz ze wzrostem dawki. Podobnie, lokalnie utworzona, pochodząca z COX-1 PGE2 i ChOG2 chronią integralność nabłonka żołądka i dwunastnicy, a TXA pochodzące z płytek COX-12 przyczynia się do kompetencji hemostatycznych. Uważa się, że zakłócenie tych szlaków przez NLPZ, które hamują COX-1, odpowiada za wrzody wywołane przez NLPZ. Jednak NLPZ selektywne do hamowania COX-2 tylko o połowę zmniejszają porównawczą częstość występowania poważnych zdarzeń żołądkowo-jelitowych. Może to częściowo odzwierciedlać ich wpływ na prostanoidy zależne od COX-2 nabłonka żołądka i dwunastnicy, które przyspieszają gojenie się wrzodów. W tych przykładach inhibitory znajdujące się wysoko na szlaku przynoszą korzyść, ale jest to korzyść netto i oczywiście margines tej korzyści może się znacznie różnić u poszczególnych osób. Jedynie słabo rozumiemy różnice międzyosobnicze w skuteczności przeciwzapalnej między odwracalnie działającymi NLPZ.

Prostanoidy wydają się być stosunkowo słabymi agonistami w układach, w których ich blokada skutkuje skutecznością kliniczną. Na przykład TXA2 jest stosunkowo słabym agonistą płytek krwi w porównaniu z trombiną, a w układzie występuje znaczna redundancja.

Dlaczego blokada tylko jednego z wielu szlaków aktywacji płytek krwi daje tak duży efekt, że jego wpływ można wykryć tak prymitywnie i instrumentalnie jak randomizowane badanie kliniczne? Podobnie, dlaczego sama blokada sulfidopeptydowych leukotrienów wśród wielu leków zwężających oskrzela skutkuje kliniczną skutecznością w astmie, lub dlaczego inne mediatory, takie jak NO, nie zastępują kardioprotekcyjnego działania PGI?2, tłumione przez NLPZ selektywne do hamowania COX-2? Być może skuteczność leku jest realizowana, ponieważ eikozanoidy często działają jako sygnały wzmacniające dla innych, silniejszych agonistów. Aktywuj płytki krwi trombiną, ADP lub kolagenem i uwalniaj TXA2 wzmacnia i podtrzymuje odpowiedź agregacyjną. Być może dlatego aspiryna jest tak skuteczna we wtórnej prewencji zawału mięśnia sercowego lub udaru mózgu. Dlaczego inne mediatory nie zastępują hamowanych prostanoidów, może to świadczyć o ich szczególnym znaczeniu w okolicznościach zaburzeń fenotypowych, co omówiono poniżej.

Biorąc pod uwagę niezliczone efekty biologiczne tych związków, w jaki sposób leki, które przerywają ich syntezę, są w ogóle tolerowane? NLPZ mogą rzeczywiście powodować zagrażające życiu zaburzenia żołądkowo-jelitowe lub sercowo-naczyniowe, ale tylko u niewielkiej mniejszości (prawdopodobnie 1% do 2%) narażonych pacjentów. Może to odzwierciedlać fakt, że tworzenie prostanoidów jest systemem odpowiedzi homeostatycznej. W warunkach fizjologicznych powstają znikome ilości tych związków, a ich znaczenie biologiczne jest w wielu przypadkach marginalne. Jednak, gdy system jest obciążony, mogą stać się kluczowe. Przykładami są ich zasadnicza rola w utrzymaniu przepływu krwi przez nerki w warunkach renoprywatnych, działanie przeciwnadciśnieniowe u pacjentów, którym podano wazopresory lub działanie przeciwzakrzepowe u pacjentów ze zwiększonym ryzykiem trombogenezy. Na przykład usunięcie IP nie powoduje samoistnej zakrzepicy, ale raczej uwydatnia odpowiedź na bodźce trombogenne. Podobnie, chociaż istniejąca wcześniej choroba sercowo-naczyniowa była często wykorzystywana do osłabienia prawnej odpowiedzialności sponsora w przypadkach, gdy pacjenci doświadczyli zawału mięśnia sercowego podczas przyjmowania koksybów, względne ryzyko zawału mięśnia sercowego po zastosowaniu celekoksybu wiąże się z ciężarem choroby sercowo-naczyniowej, która jest oczekiwaną konsekwencją zahamowania. pochodzących z COX-2 ChOG2. 164

Biorąc pod uwagę kontrastujące efekty prostanoidów, czy powinniśmy podążać ścieżką, aby uzyskać bardziej ukierunkowaną i bezpieczniejszą odpowiedź? Obecnie nie mamy prawie żadnych danych, które odpowiadają na to pytanie. W przypadku hamowania syntazy PG w dół łańcucha w porównaniu z COX-2, doświadczenie z delecją mPGES-1 podkreśla złożoność porównania. W tym przypadku ponowne przekierowanie substratu do PGIS może zmniejszyć ryzyko sercowo-naczyniowe związane z hamowaniem COX-2, ale osłabić skuteczność przeciwbólową. Innym przykładem jest porównanie między niskimi dawkami aspiryny w celu ochrony serca i antagonizmu TP. Ta druga strategia unika PGI2 tłumienie, ale jest to bardzo skromne, średnio ~ 15%, przy niskich dawkach aspiryny. Aby wykryć tę teoretyczną korzyść, potrzebna byłaby ogromna próba kliniczna. Alternatywnie, antagonista, w przeciwieństwie do aspiryny, może blokować aktywację TP przez niekonwencjonalne ligandy, takie jak izoprostany i kwasy hydroksyeikozatetraenowe. Jednakże, chociaż związki te mogą aktywować TP, ich znaczenie in vivo, nawet w warunkach reperfuzji tkankowej, gdzie powstają w nadmiarze, pozostaje spekulacyjne. Można oczywiście modelować to porównanie i użyć myszy z knockdown COX-1, które naśladują asymetryczny wpływ niskiej dawki aspiryny na płytkową COX-1, aby odpowiedzieć na to pytanie. Wreszcie, jako że nakładają się biologiczne konsekwencje aktywacji kilku receptorów prostanoidów – na przykład grupy IP, EP2, EP4 i DP1 lub grupy FP, TP i EP1 – wskazuje na możliwość, że skuteczność może być osłabiona jednym ruchem w dół, aby skierować tylko 1 prostanoid na szlaku. Nasze słabe zrozumienie takiej potencjalnej nadmiarowości funkcjonalnej na poziomie receptora, nie mówiąc już o wglądzie w konsekwencje dimeryzacji receptora, pozostawia je jako otwarte pytania dotyczące opracowywania leków.

Z pewnością ta złożoność sugeruje, że eksperymenty na zwierzętach praktycznie nie będą miały żadnej wartości, jeśli chodzi o przewidywanie efektów leków in vivo. Z pewnością w tej ścieżce, podobnie jak w innych, mają zastosowanie ograniczenia standardowych paradygmatów eksperymentalnych. Badamy mysie modele miażdżycy, które nie przechodzą spontanicznej szczeliny blaszki miażdżycowej i zakrzepowego zamknięcia życiowych tętnic, aby wyciągnąć wnioski dotyczące zapobiegania lub prowokowania zawału mięśnia sercowego. Ekstrapolujemy działanie leków na tolerancję mysiej płyty grzejnej na pacjentów poddawanych ekstrakcji zębów trzonowych w celu odgadnięcia terapii dla starszych kobiet z chorobą zwyrodnieniową stawów kolanowych. Te i wiele takich przykładów napawa ostrożnością w dziedzinie terapii translacyjnej. Jednak spójność dowodów z różnych systemów modelowych u wielu gatunków może, zwłaszcza po zintegrowaniu z niezależnymi liniami dowodowymi, przewidywać z pewną pewnością wynik randomizowanych badań klinicznych działania leków w tej ścieżce. Tak było w przypadku przewidywania i wyjaśniania mechanistycznego zagrożenia sercowo-naczyniowego związanego z NLPZ. 178

Wreszcie, czy jest prawdopodobne, że ta ścieżka zapewni więcej możliwości terapeutycznych? Poza lekami już zatwierdzonymi do różnych wskazań (jak aspiryna i niezliczone NLPZ analogi PGE2, PGF2ai ChOG2 TP i antagoniści leukotrienów) obecnie inhibitory mPGES-1, 5-lipoksygenazy i jej czynnika aktywującego (białko aktywujące pięć lipooksygenazy) oraz antagoniści DP1, DP2 i EP4 są obecnie poddawane ocenie klinicznej. Wiele innych celów na szlaku eikozanoidów jest poddawanych ocenie przedklinicznej, podobnie jak pojawiają się inne, takie jak liczne sekrecyjne fosfolipazy i rozpuszczalna hydrolaza epoksydowa. Zbiega się to z nowymi informacjami o starych celach.

Dlaczego musimy hamować oba COX, a nie tylko COX-1, aby zobaczyć uszkodzenie przewodu pokarmowego w systemach modelowych? 29 Dlaczego forma aspiryny ogranicza się do hamowania płytek krwi w krążeniu przedukładowym, które wiąże się ze zmniejszeniem zachorowalności na raka okrężnicy? 179,180 Wiele pozostaje do odkrycia na temat biologii eikozanoidów i prawdopodobnie z tego wynikną nowe możliwości terapeutyczne.

Wniosek

Prostanoidy mogą promować lub hamować ostry stan zapalny. W szczególności produkty COX-2 mogą również przyczyniać się do ustąpienia stanu zapalnego w pewnych warunkach. Obecnie mamy niewiele informacji na temat tego, które produkty COX-2 mogą pełnić tę rolę lub czy rzeczywiście dominujące czynniki odzwierciedlają przekierowanie substratu AA do innych szlaków metabolicznych w następstwie delecji lub hamowania COX-2. Podobnie jak w przypadku cyklopentanonowych prostanoidów, wiele pochodnych arachidonów, w tym produkty transkomórkowe, syntetyzowane i podawane jako związki egzogenne, mogą sprzyjać ustępowaniu w modelach zapalenia. Jednak rygorystyczne dowody fizykochemiczne na tworzenie się gatunków endogennych w odpowiednich ilościach, aby utrzymać tę rolę in vivo, są ograniczone. Wyjaśnienie, czy i w jaki sposób prostanoidy mogą hamować stan zapalny oraz w jaki sposób modyfikacja substratów, na przykład olejem rybim, może wykorzystać tę wiedzę, jest obecnie przedmiotem wielu badań, z których prawdopodobnie wyłonią się nowe strategie terapeutyczne.

Źródła finansowania

Praca, która stanowiła podstawę opinii wyrażonych w tym przeglądzie, została poparta przez National Institutes of Health Grants HL062250 , HL083799 i HL054500 (do G.A.F). Dr FitzGerald jest profesorem medycyny translacyjnej i terapii McNeila.

Ujawnienia

Dr FitzGerald konsultował się w zeszłym roku dla Astra Zeneca, Daiichi Sankyo, Logical Therapeutics, Lilly i Nicox w sprawie NLPZ i związków pokrewnych. Pozostali autorzy nie zgłaszają konfliktów.


Zawartość

Neurozapalenie jest powszechnie uważane za przewlekłe, w przeciwieństwie do ostrego zapalenia ośrodkowego układu nerwowego. [5] Ostre zapalenie zwykle następuje natychmiast po uszkodzeniu ośrodkowego układu nerwowego i charakteryzuje się cząsteczkami zapalnymi, aktywacją komórek śródbłonka, odkładaniem płytek krwi i obrzękiem tkanek. [6] Przewlekły stan zapalny to trwała aktywacja komórek glejowych i rekrutacja innych komórek odpornościowych do mózgu. Jest to przewlekły stan zapalny, który jest typowo związany z chorobami neurodegeneracyjnymi. Najczęstsze przyczyny przewlekłego zapalenia nerwów obejmują:

  • Toksyczne metabolity
  • Autoimmunizacja
  • Starzenie się
  • Mikroby
  • Wirusy
  • Poważny uraz mózgu
  • Uraz rdzenia kręgowego

Komórki glejowe Edytuj

Mikroglej są uznawane za wrodzone komórki odpornościowe ośrodkowego układu nerwowego. [2] Mikroglej aktywnie bada środowisko i zmienia znacząco morfologię komórek w odpowiedzi na uszkodzenie nerwów. [7] Ostre zapalenie w mózgu zazwyczaj charakteryzuje się szybką aktywacją mikrogleju. [5] W tym okresie nie ma obwodowej odpowiedzi immunologicznej. Jednak z czasem przewlekłe zapalenie powoduje degradację tkanki i bariery krew-mózg. W tym czasie mikroglej wytwarza reaktywne formy tlenu i uwalnia sygnały w celu rekrutacji obwodowych komórek odpornościowych do odpowiedzi zapalnej. [7]

Astrocyty to komórki glejowe, które są najliczniej występującymi komórkami w mózgu. Biorą udział w utrzymaniu i wspieraniu neuronów oraz stanowią istotny składnik bariery krew-mózg. Po urazie mózgu, takim jak urazowe uszkodzenie mózgu, astrocyty mogą zostać aktywowane w odpowiedzi na sygnały uwalniane przez uszkodzone neurony lub aktywowany mikroglej. [6] [1] Po aktywacji astrocyty mogą uwalniać różne czynniki wzrostu i ulegać zmianom morfologicznym. Na przykład, po urazie astrocyty tworzą bliznę glejową złożoną z macierzy proteoglikanów, która utrudnia regenerację aksonów. [6] Jednak nowsze badania wykazały, że blizna glejowa nie jest szkodliwa, ale korzystna dla regeneracji aksonów. [8]

Cytokiny Edytuj

Cytokiny to klasa białek, które regulują stany zapalne, sygnalizację komórkową i różne procesy komórkowe, takie jak wzrost i przeżycie. [9] Chemokiny są podzbiorem cytokin, które regulują migrację komórek, na przykład przyciągają komórki odpornościowe do miejsca infekcji lub urazu. [9] Różne typy komórek w mózgu mogą wytwarzać cytokiny i chemokiny, takie jak mikroglej, astrocyty, komórki śródbłonka i inne komórki glejowe. Fizjologicznie chemokiny i cytokiny działają jako neuromodulatory, które regulują stan zapalny i rozwój. W zdrowym mózgu komórki wydzielają cytokiny, aby wytworzyć lokalne środowisko zapalne, aby rekrutować mikroglej i usuwać infekcję lub uraz. Jednak w zapaleniu układu nerwowego komórki mogą wykazywać przedłużone uwalnianie cytokin i chemokin, które mogą naruszać barierę krew-mózg. [10] Obwodowe komórki odpornościowe są wezwane do miejsca uszkodzenia przez te cytokiny i mogą teraz migrować przez uszkodzoną barierę krew-mózg do mózgu. Typowe cytokiny wytwarzane w odpowiedzi na uszkodzenie mózgu obejmują: interleukinę-6 (IL-6), która jest wytwarzana podczas astrogliozy, oraz interleukinę-1 beta (IL-1β) i czynnik martwicy nowotworu alfa (TNF-α), który może indukować cytotoksyczność. Chociaż cytokiny prozapalne mogą powodować śmierć komórki i wtórne uszkodzenie tkanki, są one niezbędne do naprawy uszkodzonej tkanki. [11] Na przykład TNF-α powoduje neurotoksyczność we wczesnych stadiach zapalenia układu nerwowego, ale przyczynia się do wzrostu tkanki w późniejszych stadiach zapalenia.

Bariera krew-mózg to struktura składająca się z komórek śródbłonka i astrocytów, która tworzy barierę między mózgiem a krążącą krwią. Fizjologicznie umożliwia to ochronę mózgu przed potencjalnie toksycznymi cząsteczkami i komórkami we krwi. Astrocyty tworzą ścisłe połączenia i dlatego mogą ściśle regulować to, co może przejść przez barierę krew-mózg i przedostać się do przestrzeni śródmiąższowej. [6] Po urazie i długotrwałym uwalnianiu czynników zapalnych, takich jak chemokiny, bariera krew-mózg może zostać naruszona, stając się przepuszczalną dla krążących składników krwi i obwodowych komórek odpornościowych. Komórki zaangażowane we wrodzoną i adaptacyjną odpowiedź immunologiczną, takie jak makrofagi, limfocyty T i limfocyty B, mogą następnie przedostać się do mózgu. Zaostrza to stan zapalny mózgu i przyczynia się do przewlekłego zapalenia nerwów i neurodegeneracji.

Urazowe uszkodzenie mózgu (TBI) to uraz mózgu spowodowany znacznym naciskiem na głowę. [6] Po TBI istnieją zarówno mechanizmy naprawcze, jak i degeneracyjne, które prowadzą do środowiska zapalnego. W ciągu kilku minut od urazu uwalniane są cytokiny prozapalne. Prozapalna cytokina Il-1β jest jedną z takich cytokin, które nasilają uszkodzenia tkanek spowodowane przez TBI. TBI może spowodować znaczne uszkodzenie ważnych składników mózgu, w tym bariery krew-mózg. Il-1β powoduje fragmentację DNA i apoptozę, a wraz z TNF-α może powodować uszkodzenie bariery krew-mózg i naciekanie leukocytów. (). W ludzkim mózgu po wstrząśnieniu mózgu stwierdzono zwiększoną gęstość aktywowanych komórek odpornościowych. [1]

Uraz rdzenia kręgowego (SCI) można podzielić na trzy oddzielne fazy. Faza pierwotna lub ostra występuje od sekund do minut po urazie, faza wtórna występuje od minut do tygodni po urazie, a faza przewlekła występuje od miesięcy do lat po urazie. [12] Pierwotny SCI jest spowodowany kompresją lub przecięciem rdzenia kręgowego, co prowadzi do ekscytotoksyczności glutaminianu, braku równowagi jonów sodu i wapnia oraz uszkodzenia przez wolne rodniki. [13] Neurodegeneracja poprzez apoptozę i demielinizację komórek neuronalnych powoduje stan zapalny w miejscu urazu. [12] Prowadzi to do wtórnego SCI, którego objawami są obrzęk, kawitacja miąższu kręgosłupa, reaktywna glejoza i potencjalnie trwała utrata funkcji. [12]

Podczas reakcji zapalnej wywołanej przez SCI, kilka cytokin prozapalnych, w tym interleukina 1β (IL-1β), indukowalna syntaza tlenku azotu (iNOS), interferon-γ (IFN-γ), IL-6, IL-23 i czynnik martwicy nowotworu α (TNFα) są wydzielane, aktywując miejscowy mikroglej i przyciągając różne komórki odpornościowe, takie jak naiwne makrofagi pochodzące ze szpiku kostnego. [14] Te aktywowane mikrogleje i makrofagi odgrywają rolę w patogenezie SCI.

Po infiltracji epicentrum miejsca uszkodzenia makrofagi przejdą zmianę fenotypu z fenotypu M2 na fenotyp podobny do M1.Fenotyp M2 jest związany z czynnikami przeciwzapalnymi, takimi jak IL-10, IL-4 i IL-13, i przyczynia się do gojenia ran i naprawy tkanek. Jednak fenotyp podobny do M1 jest powiązany z prozapalnymi cytokinami i reaktywnymi formami tlenu, które przyczyniają się do zwiększenia uszkodzeń i stanów zapalnych. [15] Wykazano, że czynniki takie jak szczątki mieliny, które powstają w wyniku urazu w miejscu uszkodzenia, indukują przesunięcie fenotypu z M2 do M1. [16] Zmniejszona populacja makrofagów M2 i zwiększona populacja makrofagów M1 jest związana z przewlekłym stanem zapalnym. [16] Krótkotrwałe zapalenie jest ważne w usuwaniu resztek komórek z miejsca urazu, ale to właśnie ten przewlekły, długotrwały stan zapalny prowadzi do dalszej śmierci komórek i uszkodzeń promieniujących z miejsca urazu. [17]

Starzenie się jest często związane z upośledzeniem funkcji poznawczych i zwiększoną skłonnością do rozwoju chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera. [18] Podwyższone markery stanu zapalnego wydawały się przyspieszać proces starzenia się mózgu [19] W samym starzejącym się mózgu, bez widocznej choroby, obserwuje się przewlekle podwyższony poziom cytokin prozapalnych i obniżony poziom cytokin przeciwzapalnych. Nierównowaga homeostatyczna między cytokinami przeciwzapalnymi i prozapalnymi w procesie starzenia jest jednym z czynników zwiększających ryzyko chorób neurodegeneracyjnych. Dodatkowo, istnieje zwiększona liczba aktywowanych mikrogleju w starszych mózgach, które wykazują zwiększoną ekspresję głównego układu zgodności tkankowej II (MHC II), zjonizowanego adaptera wiążącego wapń-1 (IBA1), CD86, antygenu makrofagów ED1, CD4 i wspólnego antygenu leukocytów . [20] Te aktywowane mikrogleje zmniejszają zdolność neuronów do przechodzenia długotrwałego wzmocnienia (LTP) w hipokampie, a tym samym zmniejszają zdolność do tworzenia wspomnień. [21]

Choroba Alzheimera Edytuj

Choroba Alzheimera (AD) historycznie charakteryzowała się dwoma głównymi cechami: splątkami neurofibrylarnymi i płytkami amyloidu beta. [22] Sploty neurofibrylarne są nierozpuszczalnymi agregatami białek tau, a blaszki amyloidu beta są pozakomórkowymi złogami białka amyloidu beta. Obecne myślenie w patologii AD wykracza poza te dwie typowe cechy, sugerując, że znaczna część neurodegeneracji w chorobie Alzheimera jest spowodowana zapaleniem układu nerwowego. [22] [23] Aktywowany mikroglej obserwuje się w obfitości w mózgach pośmiertnych z AD. Obecnie uważa się, że mikroglej aktywowany przez cytokiny zapalne nie może fagocytować amyloidu beta, co może przyczyniać się do akumulacji płytki w przeciwieństwie do klirensu. [24] Dodatkowo, zapalna cytokina IL-1β jest podwyższona w AD i wiąże się ze spadkiem synaptofizyny, a w konsekwencji utratą synaps. Kolejnym dowodem na to, że stan zapalny jest związany z postępem choroby w AD, jest to, że osoby, które regularnie przyjmują niesteroidowe leki przeciwzapalne (NLPZ) są kojarzone ze zmniejszeniem AD w późniejszym życiu. [ wymagany cytat Podwyższone markery stanu zapalnego wykazały związek z przyspieszonym starzeniem się mózgu, co może wyjaśniać związek z neurodegeneracją w obszarach mózgu związanych z AD. [19]

Choroba Parkinsona Edytuj

Wiodąca hipoteza progresji choroby Parkinsona obejmuje neurozapalenie jako główny składnik. [25] Hipoteza ta zakłada, że ​​stadium 1 choroby Parkinsona zaczyna się w jelitach, o czym świadczy duża liczba przypadków, które zaczynają się od zaparć [ wymagany cytat ] . Odpowiedź zapalna w jelitach może odgrywać rolę [ wymagany cytat ] w agregacji i nieprawidłowym fałdowaniu alfa-synukleiny (α-Syn), charakterystycznej dla patologii choroby Parkinsona. Jeśli istnieje równowaga między dobrymi i złymi bakteriami w jelitach, bakterie mogą pozostać w jelicie. Jednak dysbioza dobrych i złych bakterii może powodować „nieszczelne” jelito, powodując reakcję zapalną. Ta odpowiedź pomaga w nieprawidłowym fałdowaniu α-Syn i przenoszeniu przez neurony, gdy białko dociera do OUN. [ wymagany cytat Pień mózgu jest podatny na stany zapalne, co wyjaśnia etap 2, w tym zaburzenia snu i depresję. W trzecim etapie hipotezy zapalenie dotyczy istoty czarnej, komórek mózgu wytwarzających dopaminę, rozpoczynając charakterystyczne dla choroby Parkinsona deficyty motoryczne. Etap 4 choroby Parkinsona obejmuje deficyty spowodowane stanem zapalnym w kluczowych obszarach mózgu, które regulują funkcje wykonawcze i pamięć. Jako dowód potwierdzający tę hipotezę, pacjenci w Etapie 3 (deficyty motoryczne), którzy nie doświadczają deficytów poznawczych, już wykazują, że występuje zapalenie nerwów w korze mózgowej. Sugeruje to, że zapalenie układu nerwowego może być prekursorem deficytów obserwowanych w chorobie Parkinsona. [25]

Stwardnienie rozsiane Edytuj

Stwardnienie rozsiane jest najczęstszą chorobą neurologiczną powodującą niepełnosprawność u młodych dorosłych. [26] Charakteryzuje się demielinizacją i neurodegeneracją, które przyczyniają się do typowych objawów deficytów poznawczych, osłabienia kończyn i zmęczenia. [27] W stwardnieniu rozsianym cytokiny zapalne zaburzają barierę krew-mózg i umożliwiają migrację obwodowych komórek odpornościowych do ośrodkowego układu nerwowego. Kiedy migrują do ośrodkowego układu nerwowego, komórki B i komórki plazmatyczne wytwarzają przeciwciała przeciwko osłonce mielinowej, która izoluje neurony, degradując mielinę i spowalniając przewodzenie w neuronach. Dodatkowo, limfocyty T mogą przedostawać się przez barierę krew-mózg, być aktywowane przez lokalne komórki prezentujące antygen i atakować osłonkę mielinową. Ma to taki sam efekt, jak degradacja mieliny i spowolnienie przewodzenia. Podobnie jak w przypadku innych chorób neurodegeneracyjnych, aktywowany mikroglej wytwarza cytokiny zapalne, które przyczyniają się do rozległego stanu zapalnego. Wykazano, że hamowanie mikrogleju zmniejsza nasilenie stwardnienia rozsianego. [25]

Terapia lekami Edytuj

Ponieważ zapalenie układu nerwowego jest związane z różnymi chorobami neurodegeneracyjnymi, rośnie zainteresowanie ustaleniem, czy zmniejszenie stanu zapalnego odwróci neurodegenerację. Hamowanie cytokin zapalnych, takich jak IL-1β, zmniejsza utratę neuronów obserwowaną w chorobach neurodegeneracyjnych. Obecne metody leczenia stwardnienia rozsianego obejmują interferon-B, octan glatirameru i mitoksantron, które działają poprzez zmniejszanie lub hamowanie aktywacji komórek T, ale mają efekt uboczny ogólnoustrojowej immunosupresji [28]. W chorobie Alzheimera stosuje się niesteroidowe leki przeciwzapalne. leki zmniejszają ryzyko rozwoju choroby. Obecne metody leczenia choroby Alzheimera obejmują NLPZ i glukokortykoidy. NLPZ działają poprzez blokowanie konwersji prostaglandyny H2 do innych prostaglandyn (PG) i tromboksanu (TX). Prostoglandyny i tromboksan działają jako mediatory stanu zapalnego i zwiększają przepuszczalność naczyń mikrokrążenia.

Ćwiczenie Edytuj

Ćwiczenia są obiecującym mechanizmem zapobiegania i leczenia różnych chorób charakteryzujących się neurozapaleniem. [20] Ćwiczenia aerobowe są szeroko stosowane w celu zmniejszenia stanu zapalnego na obrzeżach. Wykazano, że ćwiczenia zmniejszają proliferację mikrogleju w mózgu, zmniejszają ekspresję genów związanych z odpornością w hipokampie i zmniejszają ekspresję cytokin zapalnych, takich jak TNF-α.


Mediatory zapalne

Odpowiedź zapalna jest kombinacją różnych mediatorów chemicznych pochodzących z krążenia krwi, komórek odpornościowych i zranionej tkanki. Należą do nich aminy wazoaktywne (histamina), peptydy (bradykinina) i eikozanoidy (leukotrieny).

Aminy wazoaktywne

To grupa związków zawierających aminokwas modyfikujący wszechobecność naczyń krwionośnych. Istnieją dwie skuteczne cząsteczki to histamina i serotonina. Są one znane jako początkowe mediatory zapalne przechowywane w komórkach tucznych.

Histamina jest ogólnie wytwarzana przez komórki tuczne. Bazofile i płytki krwi również wytwarzały go przez dekarboksylację aminokwasu histydyny. Uwalnia się dzięki ilości stymulatorów, takich jak uszkodzenie tkanek, wiązanie receptora Fc przeciwciała IgE z komórką tuczną, dopełniacz C3a i C5a itp. Rozszerza naczynia krwionośne, kusząc skurcz śródbłonka i powstawanie szczelin międzyśródbłonkowych.

Jest pochodną tryptofanu obecnego w płytkach krwi. Występuje również w neuronach i komórkach enterochromafinowych. Akumulacja płytek krwi umożliwia jej uwalnianie i funkcję zwężania naczyń krwionośnych, neuroprzekaźnika itp. Działa w stanach zapalnych, w przeciwieństwie do histaminy.

Bradykininy są nonapeptydami o charakterze wazoaktywnym. Wytwarzane przez aktywność enzymu proteaz. Są istotne w kontroli ciśnienia krwi i reakcji zapalnej. Powoduje rozszerzenie naczyń krwionośnych i żył jelit, aorty, macicy i cewki moczowej. Obecnie jest również znany ze swojej roli w neurosygnalizacji i kontrolerze niektórych funkcji nerek i naczyń.

Eikozanoidy

Eikozanoidy pozyskiwane są z wielonienasyconych kwasów tłuszczowych poprzez utlenianie biolipidów. Funkcjonują w różnych mechanizmach fizjologicznych i odpowiedziach patologicznych, takich jak alergia, gorączka, hamowanie stanu zapalnego itp. Jego mechanizm sygnalizacyjny jest podobny do cytokin w odpowiedzi zapalnej i tworzeniu składników prozapalnych. Eikozanoidy mają znaczące podgrupy różnych związków, w szczególności prostaglandyny, leukotrieny, lipoksyny, tromboksan, eoksyny itp.

Prostaglandyny

Odgrywają znaczącą rolę w generowaniu odpowiedzi zapalnej. Ich produkcja wzrosła w uszkodzonych tkankach objętych stanem zapalnym i znaczących oznakach zapalenia wskazywanych przez ich produkcję. Prostaglandyna E2 są najobficiej wytwarzane w organizmie z różnymi funkcjami, takimi jak kontrola ciśnienia krwi, reakcja immunologiczna, płodność itp. W procesie zapalnym mają one istotny charakter w wytwarzaniu podstawowych objawów stanu zapalnego: zaczerwienienia, obrzęku i bólu. Rumień i obrzęk powstają z powodu szybkiego przepływu krwi przez powiększenie i zwiększoną wszechobecność naczyń. Ból jest pośredniczony dzięki działaniu PGE2 na neuronach czuciowych.

Leukotrieny

Leukotrieny należą do rodziny eikozanoidów i wykorzystują sygnalizację lipidową jako sygnalizację autokrynną lub parakrynną. Ich syntezę uzupełnia produkcja histaminy i prostaglandyn. Pobudzają skurcz mięśni gładkich, a ich nadmiar powoduje stany zapalne błony śluzowej oskrzeli oraz reakcje alergiczne. Mają również wpływ chemotaktyczny na neutrofile.

tromboksan

Tromboksany są również wytwarzane z metabolizmu kwasu arachidonowego. Otrzymują tę nazwę ze względu na ich aktywność tworzenia skrzepów, znaną jako zakrzepica. Główne typy tromboksanu to tromboksan A2 i tromboksan B2. Są wydalane z płytek krwi, ale mechanizm ich wydzielania nie jest poznany. Ma charakter nadciśnieniowy i działa zwężająco na naczynia krwionośne. I promują akumulację płytek krwi i tworzenie skrzepów.

Cytokina zapalna

Cytokiny to małe białka uwalniane z komórek, które mają szczególną aktywność w interakcji między komórkami i stanowią komunikujący się moduł komórek. Działają samoczynnie lub sąsiednimi cząsteczkami działającymi, aw niektórych przypadkach działają również na odosobnionych komórkach. Te cytokiny obejmują czynnik martwicy nowotworu, interferon-gamma, interleukinę 1 (IL-1), IL-12, IL-8 oraz czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów i makrofagów.

Białko ostrej fazy

Białka ostrej fazy (APP) generowane jako składnik wrodzonej odpowiedzi immunologicznej o zmiennym stężeniu w surowicy. Te białka ostrej fazy są klasyfikowane jako ujemne i dodatnie stężenia w osoczu.

Pozytywne białka ostrej fazy

Dodatnie białko ostrej fazy jest oznaką silnej reakcji zapalnej. Są one podzielone na podgrupy w zależności od ich poziomu wzrostu stężenia we krwi są duże, umiarkowane i niewielkie. Szybkość i zasięg tych białek kontrastuje z różnymi gatunkami.

Ujemne białka ostrej fazy

Białka te zmniejszają stężenie o 25% w reakcji zapalnej. Dwa główne negatywne białka ostrej fazy to transferyna i albumina. Stężenie białka powoli spada. Mechanizm redukcji obejmuje szereg odpowiedzi, takich jak zmniejszenie produkcji tych białek, zmniejszenie produkcji cytokin zapalnych itp.


Zawartość

Porównanie zapalenia ostrego i przewlekłego:
Ostry Chroniczny
Czynnik sprawczy Patogeny bakteryjne, uszkodzone tkanki Uporczywy ostry stan zapalny spowodowany niedegradowalnymi patogenami, infekcją wirusową, uporczywymi ciałami obcymi lub reakcjami autoimmunologicznymi
Zaangażowane główne komórki neutrofile (głównie), bazofile (odpowiedź zapalna) i eozynofile (odpowiedź na robaki i pasożyty), komórki jednojądrzaste (monocyty, makrofagi) Komórki jednojądrzaste (monocyty, makrofagi, limfocyty, komórki plazmatyczne), fibroblasty
Mediatorzy pierwotni Aminy wazoaktywne, eikozanoidy IFN-γ i inne cytokiny, czynniki wzrostu, reaktywne formy tlenu, enzymy hydrolityczne
Początek Natychmiastowy Opóźniony
Czas trwania Kilka dni Do wielu miesięcy lub lat
Wyniki Rozwiązanie, tworzenie się ropni, przewlekłe zapalenie Zniszczenie tkanek, zwłóknienie, martwica

Ostre zapalenie Edytuj

Ostre zapalenie pojawia się natychmiast po urazie i trwa tylko kilka dni. [7] Cytokiny i chemokiny promują migrację neutrofili i makrofagów do miejsca zapalenia. [7] Patogeny, alergeny, toksyny, oparzenia i odmrożenia to tylko niektóre z przyczyn ostrego zapalenia. [7] Receptory Toll-podobne (TLR) rozpoznają patogeny drobnoustrojowe. [7] Ostre zapalenie może być sposobem na ochronę tkanek przed urazami. [7] Stan zapalny trwający 2–6 tygodni określa się jako stan podostry. [7] [8]

Przewlekły stan zapalny Edytuj

Przewlekły stan zapalny to stan zapalny trwający miesiące lub lata. [8] Makrofagi, limfocyty i komórki plazmatyczne dominują w przewlekłym zapaleniu, w przeciwieństwie do neutrofili, które dominują w ostrym zapaleniu. [8] Cukrzyca, choroby układu krążenia, alergie i przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP) to przykłady chorób, w których pośredniczy przewlekły stan zapalny. [8] Otyłość, palenie, stres i zła dieta to tylko niektóre z czynników sprzyjających przewlekłemu zapaleniu. [8] Badanie z 2014 roku wykazało, że 60% Amerykanów miało co najmniej jeden przewlekły stan zapalny, podczas gdy 42% miało więcej niż jeden. [8]

Znaki kardynalne Edytuj

Klasyczne oznaki i objawy ostrego zapalenia:
język angielski łacina
Zaczerwienienie Rubor*
Obrzęk Guz*
Ciepło Kalor*
Ból Smutek*
Utrata funkcji Functio laesa**
Wszystkie powyższe znaki można zaobserwować w określonych przypadkach, ale żaden pojedynczy znak nie może oczywiście występować. [9]

Są to pierwotne lub kardynalne objawy zapalenia. [9] *

Functio laesa jest pojęciem przestarzałym, ponieważ nie jest charakterystyczne dla zapalenia i jest charakterystyczne dla wielu stanów chorobowych. [10] **

Ostre zapalenie jest procesem krótkotrwałym, zwykle pojawiającym się w ciągu kilku minut lub godzin i zaczynającym się ustępować po usunięciu bodźca powodującego uraz. [11] Obejmuje skoordynowaną i ogólnoustrojową odpowiedź mobilizacyjną lokalnie różnych immunologicznych, endokrynnych i neurologicznych mediatorów ostrego zapalenia. W normalnej zdrowej odpowiedzi zostaje aktywowany, usuwa patogen i rozpoczyna proces naprawy, a następnie ustaje. [12] Charakteryzuje się pięcioma znakami kardynalnymi: [13]

Tradycyjne nazwy oznak zapalenia pochodzą z łaciny:

Pierwsze cztery (znaki klasyczne) zostały opisane przez Celsusa (ok. 30 pne–38 ne), [15] natomiast utrata funkcji został prawdopodobnie dodany później przez Galena. [16] Jednak dodanie tego piątego znaku zostało również przypisane Thomasowi Sydenhamowi [17] i Virchowowi. [11] [13]

Zaczerwienienie i ciepło są spowodowane zwiększonym przepływem krwi w temperaturze głębokiej ciała do miejsca objętego stanem zapalnym. Opuchlizna jest spowodowana gromadzeniem się płynów. Ból spowodowany jest uwalnianiem substancji chemicznych, takich jak bradykinina i histamina, które stymulują zakończenia nerwowe. Utrata funkcji ma wiele przyczyn. [13]

Ostre zapalenie płuc (zwykle wywołane w odpowiedzi na zapalenie płuc) nie powoduje bólu, chyba że zapalenie dotyczy opłucnej ciemieniowej, która ma wrażliwe na ból zakończenia nerwowe. [13]

Proces ostrego zapalenia Edytuj

Proces ostrego zapalenia jest inicjowany przez rezydentne komórki odpornościowe już obecne w zajętej tkance, głównie rezydentne makrofagi, komórki dendrytyczne, histiocyty, komórki Kupffera i komórki tuczne. Komórki te posiadają receptory powierzchniowe znane jako receptory rozpoznawania wzorców (PRR), które rozpoznają (tj. wiążą) dwie podklasy cząsteczek: wzorce molekularne związane z patogenami (PAMP) i wzorce molekularne związane z uszkodzeniem (DAMP). PAMP to związki, które są związane z różnymi patogenami, ale które można odróżnić od cząsteczek gospodarza. DAMP to związki, które są związane z urazami i uszkodzeniami komórek związanymi z gospodarzem.

Na początku infekcji, oparzenia lub innych urazów komórki te ulegają aktywacji (jeden z PRR rozpoznaje PAMP lub DAMP) i uwalniają mediatory zapalne odpowiedzialne za kliniczne objawy zapalenia. Rozszerzenie naczyń krwionośnych i wynikający z niego zwiększony przepływ krwi powoduje zaczerwienienie (rubor) i zwiększone ciepło (kalor). Zwiększona przepuszczalność naczyń krwionośnych powoduje wysięk (wyciek) białek osocza i płynu do tkanki (obrzęk), co objawia się obrzękiem (guz). Niektóre z uwolnionych mediatorów, takie jak bradykinina, zwiększają wrażliwość na ból (hiperalgezja, smutek). Cząsteczki mediatora zmieniają również naczynia krwionośne, aby umożliwić migrację leukocytów, głównie neutrofili i makrofagów, z naczyń krwionośnych (wynaczynienie) i do tkanki. Neutrofile migrują wzdłuż gradientu chemotaktycznego tworzonego przez lokalne komórki, aby dotrzeć do miejsca urazu. [11] Utrata funkcji (funkcja laesa) jest prawdopodobnie wynikiem odruchu neurologicznego w odpowiedzi na ból.

Oprócz mediatorów pochodzenia komórkowego, kilka bezkomórkowych biochemicznych układów kaskadowych składających się z wytworzonych wcześniej białek osocza działa równolegle, inicjując i propagując odpowiedź zapalną. Należą do nich układ dopełniacza aktywowany przez bakterie oraz układy krzepnięcia i fibrynolizy aktywowane przez martwicę, m.in. oparzenie lub uraz. [11]

Ostre zapalenie można uznać za pierwszą linię obrony przed urazem. Ostra odpowiedź zapalna wymaga podtrzymania ciągłej stymulacji. Mediatory zapalne są krótkotrwałe i szybko ulegają degradacji w tkance. W związku z tym ostre zapalenie zaczyna ustępować po usunięciu bodźca. [11]

Rozszerzenie naczyń krwionośnych i zwiększona przepuszczalność Edytuj

Jak zdefiniowano, ostre zapalenie jest odpowiedzią immunonaczyniową na bodziec zapalny. Oznacza to, że ostry stan zapalny można ogólnie podzielić na fazę naczyniową, która pojawia się jako pierwsza, a następnie fazę komórkową obejmującą komórki odpornościowe (w szczególności granulocyty szpikowe w ostrym stanie). Składnik naczyniowy ostrego zapalenia obejmuje przemieszczanie się płynu osocza zawierającego ważne białka, takie jak fibryna i immunoglobuliny (przeciwciała), do tkanki objętej stanem zapalnym.

W kontakcie z PAMP makrofagi tkankowe i mastocyty uwalniają wazoaktywne aminy, takie jak histamina i serotonina, a także eikozanoidy, takie jak prostaglandyna E2 i leukotrien B4, w celu przebudowy miejscowego układu naczyniowego. Makrofagi i komórki śródbłonka uwalniają tlenek azotu. Te mediatory rozszerzają naczynia krwionośne i przepuszczają naczynia krwionośne, co powoduje dystrybucję netto osocza krwi z naczynia do przestrzeni tkankowej. Zwiększone gromadzenie się płynu w tkance powoduje jej pęcznienie (obrzęk). Ten wysiękowy płyn tkankowy zawiera różne mediatory przeciwdrobnoustrojowe z osocza, takie jak dopełniacz, lizozym, przeciwciała, które mogą natychmiast uszkadzać drobnoustroje i opsonizować drobnoustroje w ramach przygotowań do fazy komórkowej. Jeśli bodźcem zapalnym jest rana szarpiąca, wysiękowe płytki krwi, koagulanty, plazmina i kininy mogą skrzepnąć ranę i zapewnić hemostazę w pierwszej kolejności. Te mediatory krzepnięcia zapewniają również strukturalną strukturę zaawansowania w miejscu tkanki zapalnej w postaci sieci fibryny – podobnie jak rusztowanie na placu budowy – w celu wspomagania oczyszczania fagocytarnego i późniejszej naprawy rany. Część wysięku tkankowego jest również kierowana przez układ limfatyczny do regionalnych węzłów chłonnych, wypłukując bakterie, aby rozpocząć fazę rozpoznawania i ataku adaptacyjnego układu odpornościowego.

Ostre zapalenie charakteryzuje się wyraźnymi zmianami naczyniowymi, w tym rozszerzeniem naczyń krwionośnych, zwiększoną przepuszczalnością i zwiększonym przepływem krwi, które są indukowane działaniem różnych mediatorów stanu zapalnego. Rozszerzenie naczyń następuje najpierw na poziomie tętniczek, przechodząc do poziomu naczyń włosowatych i powoduje wzrost netto ilości obecnej krwi, powodując zaczerwienienie i ciepło zapalenia. Zwiększona przepuszczalność naczyń powoduje przemieszczanie się osocza w głąb tkanek, czego efektem jest zastój spowodowany wzrostem stężenia komórek we krwi – stan charakteryzujący się powiększonymi naczyniami wypełnionymi komórkami. Zastój pozwala leukocytom na marżę (poruszanie się) wzdłuż śródbłonka, co jest procesem krytycznym dla ich rekrutacji do tkanek. Normalnie przepływająca krew zapobiega temu, ponieważ siła ścinająca wzdłuż obwodu naczyń przesuwa komórki we krwi do środka naczynia.

Systemy kaskadowe plazmy Edytuj

  • Układ dopełniacza, gdy jest aktywowany, tworzy kaskadę reakcji chemicznych, które promują opsonizację, chemotaksję i aglutynację i wytwarzają MAC.
  • Układ kininowy wytwarza białka zdolne do podtrzymywania rozszerzenia naczyń i innych fizycznych skutków zapalnych.
  • Układ krzepnięcia lub kaskada krzepnięcia, który tworzy ochronną siatkę białkową nad miejscami urazu.
  • System fibrynolizy, który działa w opozycji do układ krzepnięcia, aby zrównoważyć krzepnięcie i wygenerować kilka innych mediatorów zapalnych.

Mediatory pochodzące z osocza Edytuj

Nazwa Wyprodukowano przez Opis
Bradykinin System Kinina Białko wazoaktywne, które jest w stanie wywoływać rozszerzenie naczyń, zwiększać przepuszczalność naczyń, powodować skurcz mięśni gładkich i wywoływać ból.
C3 Uzupełnij system Plisy do produkcji C3a oraz C3b. C3a stymuluje uwalnianie histaminy przez komórki tuczne, powodując rozszerzenie naczyń krwionośnych. C3b jest w stanie wiązać się ze ścianami komórkowymi bakterii i działać jako opsonina, która oznacza najeźdźcę jako cel fagocytozy.
C5a Uzupełnij system Stymuluje uwalnianie histaminy przez komórki tuczne, powodując rozszerzenie naczyń krwionośnych. Jest również w stanie działać jako chemoatraktant kierując komórki poprzez chemotaksję do miejsca zapalenia.
Czynnik XII (Współczynnik Hagemana) Wątroba Białko, które krąży nieaktywnie, dopóki nie zostanie aktywowane przez kolagen, płytki krwi lub odsłonięte błony podstawne poprzez zmianę konformacyjną. Po aktywacji jest z kolei w stanie aktywować trzy układy osocza zaangażowane w stan zapalny: układ kininowy, układ fibrynolizy i układ krzepnięcia.
Kompleks ataku błonowego Uzupełnij system Kompleks białek dopełniacza C5b, C6, C7, C8 i wiele jednostek C9. Połączenie i aktywacja tego zakresu białek dopełniacza tworzy kompleks ataku błonowego, który jest zdolny do wnikania w ściany komórek bakteryjnych i powoduje lizę komórki, a w konsekwencji śmierć bakterii.
Plazmina System fibrynolizy Potrafi rozbijać skrzepy fibryny, rozszczepiać białko C3 dopełniacza i aktywować czynnik XII.
trombina System koagulacji Rozszczepia fibrynogen rozpuszczalnego białka osocza, aby wytworzyć nierozpuszczalną fibrynę, która agreguje tworząc skrzep krwi. Trombina może również wiązać się z komórkami poprzez receptor PAR1, wywołując kilka innych reakcji zapalnych, takich jak wytwarzanie chemokin i tlenku azotu.

ten składnik komórkowy obejmuje leukocyty, które normalnie znajdują się we krwi i muszą przedostać się do tkanki objętej stanem zapalnym poprzez wynaczynienie pomoc w stanach zapalnych. Niektóre działają jak fagocyty, połykając bakterie, wirusy i szczątki komórkowe. Inne uwalniają granulki enzymatyczne, które uszkadzają patogennych najeźdźców. Leukocyty uwalniają również mediatory zapalne, które rozwijają i utrzymują odpowiedź zapalną. Ogólnie w ostrym zapaleniu biorą udział granulocyty, podczas gdy w przewlekłym zapaleniu biorą udział komórki jednojądrzaste, takie jak monocyty i limfocyty.

Wynaczynienie leukocytów Edytuj

Różne leukocyty, szczególnie neutrofile, są krytycznie zaangażowane w inicjację i utrzymywanie stanu zapalnego. Komórki te muszą być w stanie przemieścić się do miejsca uszkodzenia ze swojej zwykłej lokalizacji we krwi, dlatego istnieją mechanizmy rekrutacji i kierowania leukocytów w odpowiednie miejsce. Proces przemieszczania się leukocytów z krwi do tkanek przez naczynia krwionośne jest znany jako wynaczynienie i można je ogólnie podzielić na kilka etapów:

  1. Margines leukocytów i adhezja śródbłonka: Białe krwinki w naczyniach, które są na ogół zlokalizowane centralnie, przemieszczają się obwodowo w kierunku ścian naczyń. [19] Aktywowane makrofagi w tkankach uwalniają cytokiny, takie jak IL-1 i TNFα, co z kolei prowadzi do wytwarzania chemokin, które wiążą się z proteoglikanami tworząc gradient w tkance objętej stanem zapalnym i wzdłuż ściany śródbłonka. Cytokiny zapalne indukują natychmiastową ekspresję selektyny P na powierzchni komórek śródbłonka, a selektyna P słabo wiąże się z ligandami węglowodanowymi na powierzchni leukocytów i powoduje ich „toczenie” wzdłuż powierzchni śródbłonka w miarę tworzenia i zrywania wiązań. Cytokiny uwolnione z uszkodzonych komórek indukują ekspresję selektyny E na komórkach śródbłonka, która działa podobnie do selektyny P. Cytokiny indukują również ekspresję ligandów integryn, takich jak ICAM-1 i VCAM-1 na komórkach śródbłonka, które pośredniczą w adhezji i dalej spowalniają leukocyty. Te słabo związane leukocyty mogą się swobodnie odrywać, jeśli nie są aktywowane przez chemokiny wytwarzane w uszkodzonej tkance po przekazaniu sygnału przez odpowiednie receptory sprzężone z białkiem G, które aktywują integryny na powierzchni leukocytów w celu zapewnienia silnej adhezji. Taka aktywacja zwiększa powinowactwo związanych receptorów integrynowych do ICAM-1 i VCAM-1 na powierzchni komórek śródbłonka, silnie wiążąc leukocyty ze śródbłonkiem.
  2. Migracja przez śródbłonek, znana jako brykanie, poprzez proces diapedezy: Gradienty chemokin stymulują przylegające leukocyty do przemieszczania się między sąsiednimi komórkami śródbłonka. Komórki śródbłonka cofają się, a leukocyty przechodzą przez błonę podstawną do otaczającej tkanki za pomocą cząsteczek adhezyjnych, takich jak ICAM-1. [19]
  3. Ruch leukocytów w tkance poprzez chemotaksję: Leukocyty docierające do tkanki śródmiąższowej wiążą się z białkami macierzy zewnątrzkomórkowej za pośrednictwem eksprymowanych integryn i CD44, aby zapobiec ich opuszczeniu tego miejsca. Różnorodne cząsteczki zachowują się jak chemoatraktanty, na przykład C3a lub C5, i powodują ruch leukocytów wzdłuż gradientu chemotaktycznego w kierunku źródła zapalenia.

Fagocytoza Edytuj

Wynaczynione neutrofile w fazie komórkowej wchodzą w kontakt z drobnoustrojami w tkance objętej stanem zapalnym. Fagocyty wyrażają receptory rozpoznawania wzorca endocytarnego na powierzchni komórki (PRR), które mają powinowactwo i skuteczność wobec niespecyficznych wzorców molekularnych związanych z drobnoustrojami (PAMP). Większość PAMP, które wiążą się z endocytarnymi PRR i inicjują fagocytozę, to składniki ściany komórkowej, w tym złożone węglowodany, takie jak mannany i β-glukany, lipopolisacharydy (LPS), peptydoglikany i białka powierzchniowe. Endocytowe PRR na fagocytach odzwierciedlają te wzorce molekularne, przy czym receptory lektynowe typu C wiążą się z mannanami i β-glukanami, a receptory zmiatające wiążą się z LPS.

Po związaniu endocytowego PRR dochodzi do przegrupowania cytoszkieletu aktyna-miozyna sąsiadującego z błoną plazmatyczną w sposób, który powoduje endocytozę błony plazmatycznej zawierającej kompleks PRR-PAMP i drobnoustroje. Szlaki sygnałowe fosfatydyloinozytolu i Vps34-Vps15-Beclin1 biorą udział w kierowaniu endocytozowanego fagosomu do wewnątrzkomórkowych lizosomów, gdzie fuzja fagosomu i lizosomu wytwarza fagolizosom. Reaktywne formy tlenu, nadtlenki i wybielacz podchlorynowy w fagolizosomach zabijają drobnoustroje wewnątrz fagocytu.

Skuteczność fagocytarną można zwiększyć przez opsonizację. Pochodzący z osocza dopełniacz C3b i przeciwciała, które przenikają do tkanki objętej stanem zapalnym podczas fazy naczyniowej, wiążą się z antygenami drobnoustrojowymi i powlekają je. Oprócz endocytarnych PRR, fagocyty wyrażają również receptory opsoninowe receptor Fc i receptor dopełniacza 1 (CR1), które wiążą się odpowiednio z przeciwciałami i C3b. Kostymulacja endocytowego PRR i receptora opsoninowego zwiększa skuteczność procesu fagocytarnego, wzmacniając lizosomalną eliminację czynnika zakaźnego.

Mediatory pochodzące z komórek Edytuj

Nazwa Rodzaj Źródło Opis
Granulki lizosomów Enzymy Granulocyty Komórki te zawierają wiele różnych enzymów, które pełnią szereg funkcji. Granulki można sklasyfikować jako albo konkretny lub azurofilowy w zależności od zawartości i są zdolne do rozkładania wielu substancji, z których niektóre mogą być białkami pochodzącymi z osocza, które pozwalają tym enzymom działać jako mediatory stanu zapalnego.
GM-CSF Glikoproteina Makrofagi, monocyty, komórki T, komórki B i komórki rezydentne w tkankach Wykazano, że podwyższony GM-CSF przyczynia się do stanu zapalnego w zapalnym zapaleniu stawów, chorobie zwyrodnieniowej stawów, astmie z zapaleniem okrężnicy, otyłości i COVID-19.
Histamina Monoamina Komórki tuczne i bazofile Przechowywana w preformowanych granulkach, histamina jest uwalniana w odpowiedzi na szereg bodźców. Powoduje rozszerzenie tętniczek, zwiększoną przepuszczalność żylną i szeroką gamę efektów specyficznych dla narządów.
IFN-γ Cytokina komórki T, komórki NK Właściwości przeciwwirusowe, immunoregulacyjne i przeciwnowotworowe. Ten interferon był pierwotnie nazywany czynnikiem aktywującym makrofagi i jest szczególnie ważny w utrzymywaniu przewlekłego stanu zapalnego.
IŁ-6 Cytokina oraz Myokine Makrofagi, osteoblasty, adipocyty i komórki mięśni gładkich (cytokina) Komórki mięśni szkieletowych (miokina) Cytokina prozapalna wydzielana przez makrofagi w odpowiedzi na wzorce molekularne związane z patogenem (PAMP) cytokina prozapalna wydzielana przez adipocyty, zwłaszcza w przypadku otyłości przeciwzapalna miokina wydzielana przez komórki mięśni szkieletowych w odpowiedzi na wysiłek.
IŁ-8 Chemokina Przede wszystkim makrofagi Aktywacja i chemoatrakcja neutrofili, ze słabym wpływem na monocyty i eozynofile.
Leukotrien B4 Eikozanoid Leukocyty, komórki rakowe Potrafi pośredniczyć w adhezji i aktywacji leukocytów, umożliwiając im wiązanie się ze śródbłonkiem i migrację przez niego. W neutrofilach jest również silnym chemoatraktantem i może indukować tworzenie reaktywnych form tlenu i uwalnianie enzymów lizosomalnych przez te komórki.
LTC4, LTD4 Eikozanoid eozynofile, komórki tuczne, makrofagi Te trzy leukotrieny zawierające cysteinę kurczą drogi oddechowe w płucach, zwiększają przepuszczalność naczyń mikrokrążenia, stymulują wydzielanie śluzu i promują zapalenie płuc, skóry, nosa, oczu i innych tkanek oparte na eozynofilach.
kwas 5-okso-eikozatetraenowy Eikozanoid leukocyty, komórki rakowe Silny stymulator chemotaksji neutrofili, uwalniania enzymu lizosomowego i tworzenia reaktywnych form tlenu chemotaksja monocytów i z jeszcze większą siłą chemotaksji eozynofili, uwalniania enzymu lizosomowego i tworzenia reaktywnych form tlenu.
5-HETE Eikozanoid Leukocyty Metaboliczny prekursor kwasu 5-okso-eikozatetraenowego, jest słabszym stymulatorem chemotaksji neutrofili, uwalniania enzymów lizosomowych i tworzenia reaktywnych form tlenu, chemotaksji monocytów i chemotaksji eozynofili, uwalniania enzymów lizosomów i tworzenia reaktywnych form tlenu.
Prostaglandyny Eikozanoid Komórki tuczne Grupa lipidów, które mogą powodować rozszerzenie naczyń krwionośnych, gorączkę i ból.
Tlenek azotu Gaz rozpuszczalny Makrofagi, komórki śródbłonka, niektóre neurony Silnie rozszerzający naczynia krwionośne, rozluźnia mięśnie gładkie, zmniejsza agregację płytek krwi, wspomaga rekrutację leukocytów, bezpośrednie działanie przeciwbakteryjne w wysokich stężeniach.
TNF-α i IL-1 Cytokiny Przede wszystkim makrofagi Oba wpływają na wiele różnych komórek, wywołując wiele podobnych reakcji zapalnych: gorączkę, produkcję cytokin, regulację genów śródbłonka, chemotaksję, przyleganie leukocytów, aktywację fibroblastów. Odpowiada za ogólnoustrojowe skutki stanu zapalnego, takie jak utrata apetytu i przyspieszenie akcji serca. TNF-α hamuje różnicowanie osteoblastów.
Tryptaza Enzymy Komórki tuczne Uważa się, że ta proteaza serynowa jest przechowywana wyłącznie w komórkach tucznych i wydzielana wraz z histaminą podczas aktywacji komórek tucznych. [20] [21] [22]

Specyficzne wzorce ostrego i przewlekłego stanu zapalnego obserwuje się w określonych sytuacjach, które pojawiają się w organizmie, na przykład gdy stan zapalny występuje na powierzchni nabłonka lub gdy zaangażowane są bakterie ropne.

  • Zapalenie ziarniniakowe: Charakteryzują się powstawaniem ziarniniaków, są wynikiem ograniczonej, ale zróżnicowanej liczby chorób, do których należą m.in. gruźlica, trąd, sarkoidoza, kiła.
  • Zapalenie włóknikowe: Stan zapalny powodujący duży wzrost przepuszczalności naczyń pozwala na przechodzenie fibryny przez naczynia krwionośne. Jeśli jest to właściwe prokoagulacyjny obecny jest bodziec, taki jak komórki rakowe, [11] odkłada się włóknikowy wysięk. Jest to często obserwowane w jamach surowiczych, gdzie między błonami surowiczymi może wystąpić przekształcenie włóknikowego wysięku w bliznę, ograniczając ich funkcję. Osad czasami tworzy warstwę pseudomembrany. Podczas zapalenia jelita (rzekomobłoniaste zapalenie jelita grubego) mogą tworzyć się rurki rzekomobłoniaste.
  • Ropne zapalenie: Zapalenie powodujące dużą ilość ropy, która składa się z neutrofili, martwych komórek i płynu. Zakażenie bakteriami ropnymi, takimi jak gronkowce, jest charakterystyczne dla tego rodzaju zapalenia. Duże, zlokalizowane skupiska ropy otoczone otaczającymi tkankami nazywane są ropniami.
  • Poważne zapalenie: Charakteryzuje się obfitym wysiękiem nielepkiego płynu surowiczego, zwykle wytwarzanego przez komórki mezotelium błon surowiczych, ale może pochodzić z osocza krwi. Pęcherze skórne są przykładem tego wzoru stanu zapalnego.
  • Wrzodziejące zapalenie: Zapalenie występujące w pobliżu nabłonka może powodować martwiczą utratę tkanki z powierzchni, odsłaniając dolne warstwy. Późniejsze wykopaliska w nabłonku znane są jako owrzodzenie.

Nieprawidłowości zapalne to duża grupa zaburzeń, które leżą u podstaw szerokiej gamy chorób człowieka. Układ odpornościowy jest często zaangażowany w zaburzenia zapalne, przejawiające się zarówno reakcjami alergicznymi, jak i niektórymi miopatiami, przy czym wiele zaburzeń układu odpornościowego prowadzi do nieprawidłowego stanu zapalnego. Choroby nieodpornościowe o przyczynowym pochodzeniu w procesach zapalnych obejmują raka, miażdżycę i chorobę niedokrwienną serca. [11]

Przykłady zaburzeń związanych z zapaleniem obejmują:

Miażdżyca Edytuj

Miażdżyca tętnic, wcześniej uważana za łagodną chorobę spichrzania lipidów, w rzeczywistości obejmuje ciągłą reakcję zapalną. Ostatnie postępy w nauce podstawowej ustaliły fundamentalną rolę zapalenia w pośredniczeniu we wszystkich stadiach tej choroby, od inicjacji do progresji i ostatecznie do powikłań zakrzepowych miażdżycy. Te nowe odkrycia dostarczają ważnych powiązań między czynnikami ryzyka a mechanizmami miażdżycy. Badania kliniczne wykazały, że ta wyłaniająca się biologia zapalenia w miażdżycy dotyczy bezpośrednio pacjentów. Podwyższenie markerów stanu zapalnego prognozuje rokowanie pacjentów z ostrymi zespołami wieńcowymi, niezależnie od uszkodzenia mięśnia sercowego. Ponadto przewlekłe zapalenie o niskim stopniu nasilenia, na co wskazują poziomy markera zapalnego białka C-reaktywnego, prospektywnie definiuje ryzyko powikłań miażdżycowych, zwiększając w ten sposób informacje prognostyczne dostarczane przez tradycyjne czynniki ryzyka. Co więcej, niektóre zabiegi zmniejszające ryzyko wieńcowe również ograniczają stan zapalny. W przypadku obniżania poziomu lipidów za pomocą statyn, to działanie przeciwzapalne nie wydaje się korelować ze zmniejszeniem poziomu lipoprotein o małej gęstości. Te nowe odkrycia dotyczące stanu zapalnego w miażdżycy nie tylko zwiększają naszą wiedzę na temat tej choroby, ale mają również praktyczne zastosowania kliniczne w stratyfikacji ryzyka i ukierunkowaniu terapii tej plagi o rosnącym znaczeniu na całym świecie. [23]

Alergia Edytuj

Reakcja alergiczna, formalnie znana jako nadwrażliwość typu 1, jest wynikiem nieprawidłowej odpowiedzi immunologicznej wywołującej stan zapalny, rozszerzenie naczyń krwionośnych i podrażnienie nerwów. Typowym przykładem jest katar sienny, który jest spowodowany nadwrażliwością komórek tucznych na alergeny. Wstępnie uwrażliwione komórki tuczne reagują degranulacją, uwalniając wazoaktywne substancje chemiczne, takie jak histamina. Te substancje chemiczne propagują nadmierną odpowiedź zapalną charakteryzującą się rozszerzeniem naczyń krwionośnych, produkcją cząsteczek prozapalnych, uwalnianiem cytokin i rekrutacją leukocytów. [11] Ciężka odpowiedź zapalna może rozwinąć się w odpowiedź ogólnoustrojową znaną jako anafilaksja.

Miopatie Edytuj

Miopatie zapalne są spowodowane przez układ odpornościowy niewłaściwie atakujący składniki mięśni, co prowadzi do objawów zapalenia mięśni. Mogą występować w połączeniu z innymi zaburzeniami immunologicznymi, takimi jak twardzina układowa i obejmują zapalenie skórno-mięśniowe, zapalenie wielomięśniowe i wtrętowe zapalenie mięśni. [11]

Defekty leukocytów Edytuj

Ze względu na centralną rolę leukocytów w rozwoju i propagacji stanu zapalnego, defekty funkcji leukocytów często skutkują zmniejszoną zdolnością obrony przeciwzapalnej, a następnie podatnością na infekcje. [11] Dysfunkcjonalne leukocyty mogą nie być w stanie prawidłowo wiązać się z naczyniami krwionośnymi z powodu mutacji receptorów powierzchniowych, trawić bakterie (zespół Chédiaka-Higashi) lub wytwarzać mikrobicydów (przewlekła choroba ziarniniakowa). Ponadto choroby wpływające na szpik kostny mogą skutkować nieprawidłowymi lub niewielką liczbą leukocytów.

Farmakologiczne Edytuj

Wiadomo, że niektóre leki lub egzogenne związki chemiczne wpływają na stan zapalny. Niedobór witaminy A powoduje wzrost odpowiedzi zapalnych [24], a leki przeciwzapalne działają specyficznie poprzez hamowanie enzymów wytwarzających zapalne eikozanoidy. Niektóre nielegalne narkotyki, takie jak kokaina i ecstasy, mogą wywierać pewne szkodliwe skutki poprzez aktywację czynników transkrypcyjnych ściśle związanych z zapaleniem (np. NF-κB). [25] [26]

Rak Edytuj

Stan zapalny porządkuje mikrośrodowisko wokół guza, przyczyniając się do proliferacji, przeżycia i migracji. [27] Komórki rakowe wykorzystują selektyny, chemokiny i ich receptory do inwazji, migracji i przerzutów. [28] Z drugiej strony, wiele komórek układu odpornościowego przyczynia się do immunologii raka, tłumiąc nowotwory. [29] Molekularne przecięcie między receptorami hormonów steroidowych, które mają istotny wpływ na rozwój komórek, a czynnikami transkrypcyjnymi odgrywającymi kluczową rolę w zapaleniu, takimi jak NF-κB, może pośredniczyć w niektórych z najbardziej krytycznych skutków bodźców zapalnych na komórki nowotworowe. [30] Ta zdolność mediatora stanu zapalnego do wpływania na działanie hormonów steroidowych w komórkach z dużym prawdopodobieństwem wpływa z jednej strony na karcynogenezę, z drugiej strony, ze względu na modułowy charakter wielu receptorów hormonów steroidowych, interakcja ta może oferować sposoby ingerowania w progresję raka poprzez celowanie w określoną domenę białkową w określonym typie komórek. Takie podejście może ograniczyć skutki uboczne niezwiązane z interesującym nas nowotworem i może pomóc w zachowaniu ważnych funkcji homeostatycznych i procesów rozwojowych w organizmie.

Według przeglądu z 2009 r. ostatnie dane sugerują, że zapalenie związane z rakiem (CRI) może prowadzić do akumulacji losowych zmian genetycznych w komórkach nowotworowych. [31]

Rola w raku Edytuj

W 1863 Rudolf Virchow postawił hipotezę, że rak leży w miejscach przewlekłego zapalenia. [32] [33] Obecnie szacuje się, że przewlekłe zapalenie przyczynia się do około 15% do 25% nowotworów u ludzi. [33] [34]

Mediatory i uszkodzenia DNA w raku Edytuj

Mediator stanu zapalnego jest przekaźnikiem, który działa na naczynia krwionośne i/lub komórki, promując odpowiedź zapalną. [35] Mediatory zapalne, które przyczyniają się do rozwoju nowotworu obejmują prostaglandyny, cytokiny zapalne, takie jak IL-1β, TNF-α, IL-6 i IL-15 oraz chemokiny, takie jak IL-8 i GRO-alfa. [36] [33] Te mediatory zapalne i inne organizują środowisko, które sprzyja proliferacji i przetrwaniu. [32] [36]

Zapalenie powoduje również uszkodzenia DNA z powodu indukcji reaktywnych form tlenu (ROS) przez różne wewnątrzkomórkowe mediatory zapalne. [32] [36] [33] Ponadto leukocyty i inne komórki fagocytarne przyciągnięte do miejsca zapalenia indukują uszkodzenia DNA w proliferujących komórkach poprzez wytwarzanie przez nie ROS i reaktywnych form azotu (RNS). ROS i RNS są normalnie wytwarzane przez te komórki w celu zwalczania infekcji. [32] Same ROS powodują ponad 20 rodzajów uszkodzeń DNA. [37] Uszkodzenia oksydacyjne DNA powodują zarówno mutacje [38], jak i zmiany epigenetyczne. [39] [33] [40] RNS powodują również mutagenne uszkodzenia DNA. [41]

Normalna komórka może ulegać karcynogenezie, aby stać się komórką rakową, jeśli jest często poddawana uszkodzeniom DNA podczas długich okresów przewlekłego zapalenia. Uszkodzenia DNA mogą powodować mutacje genetyczne z powodu niedokładnej naprawy. Ponadto błędy w procesie naprawy DNA mogą powodować zmiany epigenetyczne. [33] [36] [40] Mutacje i zmiany epigenetyczne, które są replikowane i zapewniają selektywną przewagę podczas proliferacji komórek somatycznych, mogą być rakotwórcze.

Analizy ludzkich tkanek nowotworowych obejmujące cały genom ujawniają, że pojedyncza typowa komórka nowotworowa może mieć około 100 mutacji w regionach kodujących, z których 10-20 to „mutacje kierowcy”, które przyczyniają się do rozwoju raka. [33] Jednak przewlekłe zapalenie powoduje również zmiany epigenetyczne, takie jak metylacja DNA, które są często częstsze niż mutacje. Zazwyczaj kilkaset do tysięcy genów ulega metylacji w komórce rakowej (patrz metylacja DNA w raku). Miejsca uszkodzenia oksydacyjnego w chromatynie mogą rekrutować kompleksy zawierające metylotransferazy DNA (DNMT), deacetylazę histonową (SIRT1) i metylotransferazę histonową (EZH2), a tym samym indukować metylację DNA. [33] [42] [43] Metylacja DNA wyspy CpG w regionie promotorowym może spowodować wyciszenie genu znajdującego się poniżej (patrz miejsce CpG i regulacja transkrypcji w raku). W szczególności geny naprawy DNA są często inaktywowane przez metylację w różnych nowotworach (patrz hipermetylacja genów naprawy DNA w nowotworach). W raporcie z 2018 r. [44] oceniono względne znaczenie mutacji i zmian epigenetycznych w progresji do dwóch różnych typów raka. Ten raport wykazał, że zmiany epigenetyczne były znacznie ważniejsze niż mutacje w generowaniu raka żołądka (związane ze stanem zapalnym). [45] Jednak mutacje i zmiany epigenetyczne miały mniej więcej takie samo znaczenie w generowaniu raka płaskonabłonkowego przełyku (związanego z chemikaliami tytoniu i aldehydem octowym, produktem metabolizmu alkoholu).

HIV i AIDS Edytuj

Od dawna wiadomo, że zakażenie wirusem HIV charakteryzuje się nie tylko rozwojem głębokiego niedoboru odporności, ale także utrzymującym się stanem zapalnym i aktywacją układu odpornościowego. [46] [47] [48] Wiele dowodów wskazuje, że przewlekłe zapalenie jest krytycznym czynnikiem dysfunkcji układu odpornościowego, przedwczesnego pojawiania się chorób związanych ze starzeniem się i niedoboru odporności. [46] [49] Wielu uważa obecnie infekcję HIV nie tylko za rozwijający się niedobór odporności wywołany wirusem, ale także za przewlekłą chorobę zapalną. [50] Nawet po wprowadzeniu skutecznej terapii antyretrowirusowej (ART) i skutecznej supresji wiremii u osób zakażonych wirusem HIV, przewlekły stan zapalny utrzymuje się. Badania na zwierzętach potwierdzają również związek między aktywacją immunologiczną a postępującym niedoborem odporności komórkowej: infekcja SIVsm naturalnych żywicieli naczelnych, nie będących ludźmi, mangabey, powoduje replikację wirusa na wysokim poziomie, ale ograniczone dowody choroby. [51] [52] Temu brakowi patogenności towarzyszy brak stanu zapalnego, aktywacji immunologicznej i proliferacji komórek. W ostrym kontraście, eksperymentalna infekcja SIVsm makaków rezus wywołuje aktywację immunologiczną i chorobę podobną do AIDS, z wieloma podobieństwami do ludzkiego zakażenia HIV. [53]

Wyjaśnienie, w jaki sposób limfocyty T CD4 są zubożone i jak wywoływane są przewlekłe stany zapalne i aktywacja immunologiczna, leży u podstaw zrozumienia patogenezy HIV – jednego z głównych priorytetów badań nad HIV prowadzonych przez Biuro Badań nad AIDS, Narodowe Instytuty Zdrowia. Ostatnie badania wykazały, że pyroptoza, w której pośredniczy kaspaza-1, wysoce zapalna forma zaprogramowanej śmierci komórek, napędza deplecję limfocytów T CD4 i zapalenie przez HIV. [54] [55] [56] Są to dwa charakterystyczne zdarzenia, które napędzają progresję choroby HIV do AIDS. Piroptoza wydaje się tworzyć patogenne błędne koło, w którym umierające komórki CD4 T i inne komórki odpornościowe (w tym makrofagi i neutrofile) uwalniają sygnały zapalne, które rekrutują więcej komórek do zakażonych tkanek limfatycznych, aby umrzeć. Charakter wyprzedzający tej odpowiedzi zapalnej powoduje przewlekłe zapalenie i uszkodzenie tkanki. [57] Zidentyfikowanie pyroptozy jako dominującego mechanizmu, który powoduje zmniejszenie liczby limfocytów T CD4 i przewlekłe zapalenie, dostarcza nowych możliwości terapeutycznych, a mianowicie kaspazy-1, która kontroluje szlak piroptotyczny. W związku z tym pyroptozę limfocytów T CD4 i wydzielanie prozapalnych cytokin, takich jak IL-1β i IL-18, można zablokować w ludzkich tkankach limfoidalnych zakażonych HIV przez dodanie inhibitora kaspazy-1 VX-765, [54] który już okazał się bezpieczny i dobrze tolerowany w badaniach klinicznych fazy II na ludziach. [58] Te odkrycia mogą napędzać rozwój całkowicie nowej klasy terapii „anty-AIDS”, które działają raczej na gospodarza niż na wirusa. Takie środki prawie na pewno byłyby stosowane w połączeniu z ART. Promując „tolerancję” wirusa zamiast tłumić jego replikację, VX-765 lub pokrewne leki mogą naśladować ewolucyjne rozwiązania występujące u wielu żywicieli małp (np. sadza mangabey) zakażonych lentiwirusami specyficznymi dla gatunku, które doprowadziły do ​​braku choroby , brak spadku liczby limfocytów T CD4 i brak przewlekłego stanu zapalnego.

Rozwiązanie stanu zapalnego Edytuj

Reakcja zapalna musi być aktywnie przerwana, gdy nie jest już potrzebna, aby zapobiec niepotrzebnemu uszkodzeniu tkanek przez „postronnych obserwatorów”. [11] Niezastosowanie się do tego skutkuje przewlekłym stanem zapalnym i zniszczeniem komórek. Rozwiązanie stanu zapalnego następuje poprzez różne mechanizmy w różnych tkankach. Mechanizmy służące do zakończenia stanu zapalnego obejmują: [11] [59]

  • Krótki okres półtrwania mediatorów stanu zapalnegoin vivo.
  • Produkcja i uwalnianie transformującego czynnika wzrostu (TGF) beta z makrofagów[60][61][62]
  • Produkcja i uwalnianie interleukiny 10 (IL-10) [63]
  • Produkcja przeciwzapalnych specjalistycznych mediatorów prorozdzielczych, tj. lipoksyn, resolwin, marezyn i neuroprotektyn[64][65]
  • Regulacja w dół cząsteczek prozapalnych, takich jak leukotrieny.
  • Regulacja w górę cząsteczek przeciwzapalnych, takich jak antagonista receptora interleukiny 1 lub rozpuszczalny receptor czynnika martwicy nowotworu (TNFR) komórek prozapalnych [66]
  • Odczulanie receptorów.
  • Zwiększona przeżywalność komórek w rejonach stanu zapalnego dzięki ich interakcji z macierzą zewnątrzkomórkową (ECM) [67][68]
  • Regulacja w dół aktywności receptora przez wysokie stężenia ligandów
  • Rozszczepianie chemokin przez metaloproteinazy macierzy (MMP) może prowadzić do wytwarzania czynników przeciwzapalnych. [69]

Ostre zapalenie zwykle ustępuje dzięki mechanizmom, które pozostały nieco nieuchwytne. Pojawiające się dowody sugerują, że aktywny, skoordynowany program ustępowania rozpoczyna się w ciągu pierwszych kilku godzin po rozpoczęciu reakcji zapalnej. Po dostaniu się do tkanek granulocyty promują zamianę prostaglandyn i leukotrienów pochodzących z kwasu arachidonowego na lipoksyny, które inicjują sekwencję terminacji. Rekrutacja neutrofili ustaje i następuje zaprogramowana śmierć przez apoptozę. Zdarzenia te zbiegają się z biosyntezą z wielonienasyconych kwasów tłuszczowych omega-3 rezolwin i protektyn, które w sposób krytyczny skracają okres infiltracji neutrofili poprzez inicjację apoptozy. W konsekwencji apoptotyczne neutrofile przechodzą fagocytozę przez makrofagi, co prowadzi do usuwania neutrofili i uwalniania cytokin przeciwzapalnych i naprawczych, takich jak transformujący czynnik wzrostu-β1. Program przeciwzapalny kończy się odejściem makrofagów przez układ limfatyczny. [70]

Połączenie z depresją Edytuj

Istnieją dowody na związek między stanem zapalnym a depresją. [71] Procesy zapalne mogą być wywoływane przez negatywne przekonania lub ich konsekwencje, takie jak stres, przemoc czy deprywacja. Tak więc negatywne przekonania mogą powodować stany zapalne, które z kolei mogą prowadzić do depresji. [72] [73] [ wątpliwe – dyskutować Ponadto istnieje coraz więcej dowodów na to, że stan zapalny może powodować depresję z powodu wzrostu poziomu cytokin, wprowadzając mózg w „tryb choroby”. [74] Klasyczne objawy choroby fizycznej, takie jak letarg, wykazują duże nakładanie się zachowań charakteryzujących depresję. Poziomy cytokin mają tendencję do gwałtownego wzrostu podczas epizodów depresyjnych u osób z chorobą afektywną dwubiegunową i spadają podczas remisji. [75] Ponadto w badaniach klinicznych wykazano, że leki przeciwzapalne przyjmowane w połączeniu z lekami przeciwdepresyjnymi nie tylko znacząco łagodzą objawy, ale także zwiększają odsetek osób pozytywnie reagujących na leczenie. [76] Stany zapalne, które prowadzą do poważnej depresji, mogą być spowodowane przez powszechne infekcje, takie jak wywołane przez wirusy, bakterie, a nawet pasożyty. [77]

Organizm zakaźny może wydostać się z najbliższej tkanki poprzez układ krążenia lub układ limfatyczny, skąd może rozprzestrzenić się na inne części ciała. Jeśli organizm nie zostanie opanowany przez działania ostrego zapalenia, może uzyskać dostęp do układu limfatycznego przez pobliskie naczynia limfatyczne. Infekcja naczyń chłonnych jest znana jako zapalenie naczyń chłonnych, a infekcja węzła chłonnego jest znana jako zapalenie węzłów chłonnych. Kiedy węzły chłonne nie są w stanie zniszczyć wszystkich patogenów, infekcja rozprzestrzenia się dalej. Patogen może uzyskać dostęp do krwiobiegu poprzez drenaż limfatyczny do układu krążenia.

Gdy stan zapalny przeważa u gospodarza, diagnozowany jest zespół ogólnoustrojowej odpowiedzi zapalnej. Kiedy jest to spowodowane infekcją, stosuje się termin posocznica, przy czym terminy bakteriemia stosuje się konkretnie do posocznicy bakteryjnej, a wiremia konkretnie do posocznicy wirusowej. Rozszerzenie naczyń krwionośnych i dysfunkcja narządów to poważne problemy związane z rozległą infekcją, która może prowadzić do wstrząsu septycznego i śmierci.

Białka ostrej fazy Edytuj

Zapalenie indukuje również wysokie ogólnoustrojowe poziomy białek ostrej fazy. W ostrym zapaleniu białka te okazują się korzystne, jednak w przewlekłym zapaleniu mogą przyczyniać się do amyloidozy. [11] Białka te obejmują białko C-reaktywne, amyloid A surowicy i amyloid P surowicy, które powodują szereg efektów ogólnoustrojowych, w tym: [11]

Liczby leukocytów Edytuj

Zapalenie często wpływa na liczbę leukocytów obecnych w organizmie:

    często występuje w stanach zapalnych wywołanych infekcją, gdzie powoduje duży wzrost liczby leukocytów we krwi, zwłaszcza niedojrzałych komórek. Liczba leukocytów zwykle wzrasta do od 15 000 do 20 000 komórek na mikrolitr, ale w skrajnych przypadkach dochodzi do 100 000 komórek na mikrolitr. [11] Infekcja bakteryjna zwykle powoduje wzrost liczby granulocytów obojętnochłonnych, tworząc neutrofilię, podczas gdy choroby takie jak astma, katar sienny i inwazja pasożytów powodują wzrost liczby eozynofili, tworząc eozynofilię. [11] mogą być wywołane przez niektóre infekcje i choroby, w tym infekcje wirusowe, Rickettsia infekcja, niektóre pierwotniaki, gruźlica i niektóre nowotwory. [11]

Zapalenie ogólnoustrojowe i otyłość Edytuj

Wraz z odkryciem interleukin (IL) rozwinęła się koncepcja zapalenia ogólnoustrojowego. Chociaż zaangażowane procesy są identyczne jak zapalenie tkanek, zapalenie ogólnoustrojowe nie jest ograniczone do konkretnej tkanki, ale obejmuje śródbłonek i inne układy narządów.

Przewlekły stan zapalny jest szeroko obserwowany w otyłości. [78] [79] Osoby otyłe często mają wiele podwyższonych markerów stanu zapalnego, w tym: [80] [81]

Przewlekły stan zapalny niskiego stopnia charakteryzuje się dwu- do trzykrotnym wzrostem ogólnoustrojowych stężeń cytokin, takich jak TNF-α, IL-6 i CRP. [84] Obwód talii istotnie koreluje z ogólnoustrojową odpowiedzią zapalną. [85]

Utrata białej tkanki tłuszczowej zmniejsza poziom markerów stanu zapalnego. [78] Związek ogólnoustrojowego zapalenia z insulinoopornością i cukrzycą typu 2 oraz z miażdżycą jest przedmiotem wstępnych badań, chociaż nie przeprowadzono rygorystycznych badań klinicznych potwierdzających takie związki. [86]

Białko C-reaktywne (CRP) jest wytwarzane na wyższym poziomie u osób otyłych i może zwiększać ryzyko chorób sercowo-naczyniowych. [87]

Wynik w określonych okolicznościach zostanie określony przez tkankę, w której doszło do urazu, oraz czynnik powodujący uraz. Oto możliwe skutki zapalenia: [11]

  1. Rezolucja
    Całkowite przywrócenie stanu zapalnego do normalnego stanu. Zanikają stany zapalne, takie jak rozszerzenie naczyń krwionośnych, produkcja chemiczna i infiltracja leukocytów, a uszkodzone komórki miąższu ulegają regeneracji. W sytuacjach, w których wystąpiło ograniczone lub krótkotrwałe zapalenie, zwykle jest to wynik.
  2. Zwłóknienie
    Duże ilości zniszczeń lub uszkodzeń w tkankach niezdolnych do regeneracji, nie mogą być całkowicie zregenerowane przez organizm. W tych obszarach uszkodzenia pojawiają się włókniste blizny, tworząc bliznę złożoną głównie z kolagenu. Blizna nie będzie zawierała żadnych wyspecjalizowanych struktur, takich jak komórki miąższowe, stąd może dojść do upośledzenia funkcji.
  3. Powstawanie ropnia
    Powstaje wnęka zawierająca ropę, nieprzezroczysty płyn zawierający martwe białe krwinki i bakterie z ogólnymi szczątkami zniszczonych komórek.
  4. Przewlekłe zapalenie
    W ostrym zapaleniu, jeśli szkodliwy czynnik utrzymuje się, nastąpi przewlekłe zapalenie. Proces ten, naznaczony stanem zapalnym trwającym wiele dni, miesięcy, a nawet lat, może prowadzić do powstania rany przewlekłej. Przewlekły stan zapalny charakteryzuje się dominującą obecnością makrofagów w uszkodzonej tkance. Komórki te są silnymi czynnikami obronnymi organizmu, ale uwalniane przez nie toksyny (w tym reaktywne formy tlenu) uszkadzają tkanki własne organizmu, jak również czynniki inwazyjne. W konsekwencji przewlekłemu zapaleniu prawie zawsze towarzyszy destrukcja tkanek.

Zapalenie jest zwykle wskazywane przez dodanie sufiksu „itis”, jak pokazano poniżej. Jednak niektóre schorzenia, takie jak astma i zapalenie płuc, nie są zgodne z tą konwencją. Więcej przykładów można znaleźć na liście rodzajów zapalenia.



Uwagi:

  1. Tojahn

    Utracona siła robocza.

  2. Audwine

    Cóż, Nicho więc ... no cóż.

  3. Tobias

    Wcześniej myślałem inaczej, dzięki za pomoc w tym pytaniu.



Napisać wiadomość