uutiset

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

"Viime vuosien tutkimukset ovat osoittaneet, että hermoston/hormonaalisen säätelyn lisäksi eri elimet voivat säädellä toisiaan aineenvaihdunnan pienten molekyylien ja ei-hormonaalisten erittyvien proteiinien kautta. Tätä säätelymekanismia kutsutaan elinten väliseksi signaalien välitykseksi ( Inter-organ communication networks (ICN) voi reagoida aktiivisesti/passiivisesti erilaisiin patologisiin muutoksiin ja osallistua kehon elinten normaalien fysiologisten toimintojen ja yleisen homeostaasin säätelyyn ja ylläpitämiseen. Esimerkiksi ICN:n poikkeavuudet liittyvät sydänläppäsairauteen, alkoholittomaan rasvamaksasairauteen ja krooninen sairaus. Monien sairauksien, kuten munuaistulehduksen, esiintyminen liittyy läheisesti toisiinsa.

"Teemme parhaillaan tutkimusta siitä, voiko harjoitus indusoida tiettyjen lihastekijöiden erittymistä, ja nämä lihastekijät voivat päästä verenkiertojärjestelmään ja tunkeutua veri-aivoesteeseen, mikä estää Alzheimerin taudin esiintymistä."

Kuten muutkin kudokset ja elimet ihmiskehossa, myös aivohermot voivat olla "tulehtuneet". Bakteerit, virukset ja jopa ikääntyminen voivat laukaista immuunijärjestelmän vasteet, mikä johtaa aivohermojen tulehdukseen ja neurologisten toimintojen rappeutumiseen. Tutkijat ovat havainneet, että moniin enkefaliittisairauksiin liittyy usein lihasten toiminnan heikkenemistä, mutta niiden välinen suhde ei ole vielä selvä.

Äskettäin uusi tutkimus paljasti syvän yhteyden hermotulehduksen ja lihasten toiminnan heikkenemisen välillä. Tutkimus nimeltä "Infektio ja krooninen sairaus aktivoivat systeemisen aivo-lihaksen signaaliakselin" julkaistiin Science Immunology -lehdessä 12. heinäkuuta 2024 "(Science Immunology) -lehdessä, kirjoittaja on Yang Shuon tiimi Fudanin yliopiston biotieteiden korkeakoulusta.

Tutkimalla Escherichia colin, uuden koronaviruksen (SARS-CoV-2) ja Alzheimerin taudin (AD) aiheuttamaa hermotulehdusta ja lihasten rappeutumista Drosophila- ja hiirimalleissa tutkimuksessa havaittiin, että kaikki nämä sairaudet aktivoivat "aivo-lihas-signalointiakselin", joka säätelee lihasten suorituskykyä, jossa erilaiset stressitekijät, kuten tulehdus, johtavat Upd3 (Unpaired3)/IL-6 (Interleukiini-6) sytokiinien aktivoitumiseen ja edelleen aktivoivat JAK:ia luurankolihasten -STAT-signalointireitillä (Janus-kinaasi-signaalin muunnin ja aktivaattori transkription), säätelee mitokondrioiden toimintaa ja vaikuttaa viime kädessä lihasten toimintaan.

"Sytokiinit" ovat pienmolekyylisten proteiinien luokka, jotka "lähettiläisten" tavoin välittävät "komentoja" sitoutumalla solun pinnan reseptoreihin, edistäen tai estämällä solujen erilaistumista, lisääntymistä ja muita käyttäytymismalleja. "Elimet kommunikoivat erittämällä molekyylejä, jotka tulevat verenkiertojärjestelmään ja siirtyvät kohdekudoksiin, mikä johtaa erilaisiin seurauksiin, kuten immuniteettiin, käyttäytymiseen, neurogeneesiin, sydän- ja verisuonitoimintoihin, solujen ikääntymiseen jne.", tutkimuksessa lukee.

Ihmiset ajattelevat yleensä, että hermotulehduksen aiheuttamat muutokset neurologisessa toiminnassa johtavat suoraan ulkoisiin oireisiin, kuten lihasten toiminnan heikkenemiseen, mutta tämä tutkimus paljastaa toisen yleismaailmallisen mekanismin elinten välisen viestinnän näkökulmasta.

Perinteinen näkemys (vasemmalla) on, että infektion aiheuttama hermotulehdus tuottaa tulehdustekijöitä, jotka johtavat hermosolujen apoptoosiin, mikä vaikuttaa suoraan lihasten hallintaan. Tämä tutkimus (kuva oikealla) löysi mekanismin aivojen ja lihasten välisen sytokiiniviestinnän kautta säätelemään lihasten toimintaa. Kuvan on haastateltava.

Kuinka tutkijat työskentelevät kärpästen ja hiirimallien kanssa? Onko bakteerien, virusten tai hermostoa rappeuttavien sairauksien, kuten Alzheimerin taudin, aiheuttama lihastoiminnan heikkeneminen oleellisesti sama? Voidaanko tämä lasku kääntää? Mitä vaikutuksia tällä tutkimuksella on aivo-/lihassairauksien hoidossa? Vastatakseen näihin kysymyksiin ThePaper Technology haastatteli äskettäin Yang Shuoa, tutkimuksen ensimmäistä kirjoittajaa ja Fudanin yliopiston biotieteiden korkeakoulun tutkijaa.

【vuoropuhelu】

Paperitekniikka: Voitko esitellä itsesi ja tiimisi? Miksi teit tämän tutkimuksen?

Yang Shuo (tutkimusprojektin johtaja, Fudanin yliopiston biotieteiden korkeakoulu, tohtoriohjaaja): Liityin Fudanin yliopiston biotieteiden korkeakouluun helmikuussa 2023. Tutkimusintressit keskittyvät pääasiassa elinten välisen signaalin välittymiseen, lihasmorfogeneesiin ja liikuntaelinten geneettisiin sairauksiin Ensimmäisenä kirjoittajana ja vastaavana kirjoittajana julkaistu Cell Host & Microbe, Science Immunology, Nature -julkaisussa. Hän on julkaissut monia artikkeleita aikakauslehdissä, kuten Communications, Development ja JCI Insight (kursivointi). Laboratorio keskittyy tällä hetkellä kolmeen suuntaan: ensinnäkin useiden elinten vuorovaikutusverkostojen toimintojen ja mekanismien tutkiminen yleisessä homeostaasissa, toiseksi harjoituksen suojaavien tekijöiden seulominen Alzheimerin tautia vastaan.

Kun olin postdoc Washingtonin yliopistossa Yhdysvalloissa, työohjaajani professori Aaron Johnson ja minä olimme keskittyneet lihasjärjestelmän kehitysmekanismiin ja siihen liittyviin myopatioihin. COVID-19-epidemian aikana eli vuoden 2021 alussa havaitsimme, että kollegamme kärsivät usein neurologisista oireista, kuten ahdistuneisuudesta ja lihasten oireista, kuten lihasheikkoudesta toipuessaan uudesta koronaviruksesta. Tämä asia herätti kiinnostuksemme.

Havaitsimme, että potilailla, joilla on erilaisia ​​sairauksia, mukaan lukien bakteerien aiheuttama enkefaliitti, virusenkefaliitti ja hermoston rappeumataudit, esiintyy kaksoisaivo-/lihasoireita. Vuonna 2020 tutkimuksemme, joka julkaistiin äskettäin kehitysbiologian klassisessa lehdessä Development, osoittaa, että ektodermi (joka kehittyy epidermikseksi ja hermokudokseksi jne.) voi säädellä FGF:ää mesodermin (joka kehittyy lihaksiksi) lihassoluissa erittämällä solujen ligandeja. FGF-signalointireitti Reittien tasapaino, mikä säätelee morfogeneesiä ja elinten arkkitehtuuria. Siksi arvelimme, että samalla tavalla enkefaliitti muuttaisi aivojen eritysprofiilia ja säätelee siten suoraan lihasten fysiologista toimintaa erittyneiden proteiinien kautta.

Aivan kuten kreikkalaisessa mytologiassa taivasta pitelevä Atlas, hermotulehdus saa ihmisten lihakset ylikuormittumaan. Kuvan on haastateltava.

Paperitekniikka: Mikä on hermotulehdus? Koska tulehdus johtuu immuunijärjestelmän kehon "suojauksesta", miksi se sen sijaan vahingoittaa kehoa?

Yang Shuo: Ulkoisten infektioiden torjunta on immuunijärjestelmän ydintoiminto. Immuunijärjestelmä voi reagoida infektioon nielaisemalla taudinaiheuttajia, vapauttamalla tulehdustekijöitä patogeenien tappamiseksi ja tuottamalla vasta-aineita, jotka estävät patogeenien tunkeutumisen soluihin. Immuunijärjestelmän liiallinen aktivoituminen kuitenkin vapauttaa suuria määriä tulehdustekijöitä, kuten interleukiinia, TNF-a:ta ja komplementtiproteiinimolekyylejä, mikä käynnistää myrskyisen itsemurhahyökkäyksen infektion lähdettä ja tartunnan saaneita soluja vastaan, mikä aiheuttaa ihmisen kuoleman. omien kudossolujen vaurioitumiseen liittyy lisääntynyt verisuonten läpäisevyys ja verenkiertohäiriöt, ja se voi jopa johtaa monielinten vajaatoimintaan (MOF). Tämä on syy siihen, miksi monet vakavat COVID-19-potilaat kuolevat. Siksi immuunijärjestelmän hallittu aktivointi ja tukahduttaminen on väistämätön edellytys keholle normaalin toiminnan ylläpitämiseksi.

Paperitekniikka: Mitä on elinten välinen viestintä? Viime vuosikymmeninä biologiassa on noussut esiin samanlaisia ​​näkökulmia, kuten "aivo-suolen akseli". Voitko esitellä tämän idean taustan ja kehityksen?

Yang Shuo: Kehitys yksisoluisista eläimistä monisoluisiksi eläimiksi on harppaus eläinten evoluution historiassa. Monisoluisista eläimistä lähtien eläimen eri osat ovat vähitellen erilaistuneet elimiksi, joilla on erityistoimintoja sopeutuakseen ulkoiseen ympäristöön. Klassisen teorian mukaan eri elinten toimintaa säätelevät endokriiniset järjestelmät ja hermosto.

Viime vuosien tutkimukset ovat osoittaneet, että hermo-/hormonaalisen säätelyn lisäksi eri elimet voivat säädellä toisiaan metabolisten pienten molekyylien ja ei-hormonaalisten erittyvien proteiinien avulla. Tätä säätelymekanismia kutsutaan elinten väliseksi signaalien välitykseksi. -orgaaniset viestintäverkot (ICN). ICN voi reagoida aktiivisesti/passiivisesti erilaisiin patologisiin muutoksiin ja osallistua normaalien fysiologisten toimintojen ja kehon elinten yleisen homeostaasin säätelyyn ja ylläpitoon. Esimerkiksi ICN:n poikkeavuudet liittyvät läheisesti erilaisten sairauksien, kuten sydänläppäsairauden, alkoholittoman rasvamaksasairauden ja kroonisen munuaistulehduksen esiintymiseen.

Tällä hetkellä "aivo-suoli-akselin" lisäksi erityisen huolestuttava elinviestintä on aivo- ja lihassoluista koostuvien elinten välinen viestintä. Cell julkaisi 22. heinäkuuta artikkelin Luontainen immuunimuisti sen jälkeen, kun aivovaurio aiheuttaa sydämen tulehduksellista toimintahäiriötä, ja Nature Cardiovascular Research julkaisi 12. heinäkuuta artikkelin Reward system. sydämessä. Science julkaisi 3. toukokuuta artikkelin nimeltä Brain-muscle communication estää lihasten ikääntymistä ylläpitämällä päivittäistä fysiologiaa, mikä osoitti, että keskushermoston biologinen kello voi säädellä luustolihasten toimintaa tuntemattomilla tavoilla.

Siksi ICN:n lisäanalyysi ei voi vain parantaa ymmärrystämme elämän elinten välisestä säätelyverkostosta, vaan myös tarjota perustan ICN:ään liittyvien sairauksien, kuten systeemisen tulehdusmyrskyn, hermovaurion ja lihasheikkouden, interventiohoidolle.

Paperitekniikka: Artikkeli tutkii E. colin, uuden koronaviruksen ja Alzheimerin taudin aiheuttaman hermotulehduksen laukaisemaa aivo-lihas-kommunikaatiomekanismia. Miksi valita nämä kolme tapausta?

Yang Shuo:Koska löysimme jokapäiväisen elämän ja kirjallisuuden haun perusteella, nämä kolme sairautta kattavat suurimman osan ihmisistä, joilla on kaksoisaivo-/lihashäiriöt ja joiden kanssa voimme joutua kosketuksiin.

Paperitekniikka: Tutkimuksessa pääosin valittiin Drosophila melanogaster malliksi tutkimaan aivo-lihas-kommunikaatiota. Miten nämä mallit on rakennettu? Voivatko hedelmäkärpäset myös "tartaa" COVID-19:n ja Alzheimerin taudin? Mitä yhtäläisyyksiä ja eroja hyönteisten lihastoiminnan säätelyn ja ihmisten välillä on? Tutkimuksessa käytettiin myös hiirimallia. Mikä oli syynä tähän?

Yang Shuo: Hedelmäkärpäset eivät voi kehittää Alzheimerin tautia. Alzheimerin taudin syille on tällä hetkellä erilaisia ​​selityksiä, mutta useimmat ihmiset hyväksyvät teorian, että amyloidi-beeta- ja tau-proteiinit ovat syynä, eli näiden proteiinien epänormaali kertyminen aivoihin aiheuttaa taudin. Siksi eläinmalleissa rakennamme yleensä Alzheimerin taudin malleja ekspressoimalla ihmisen amyloidi beeta 42 -proteiinia aivoissa.

Uusi koronavirus tunkeutuu soluihin sitoutumalla ACE2-reseptoriin. Vaikka Drosophilassa on ACE2-reseptorin homologinen proteiini (Nature, 2002 Jun 20; 417 (6891): 822-8), uusi koronavirus ei voi infektoida suoraan Drosophila-soluja. Siksi käytimme genetiikkaa uuden koronaviruksen, kuten NSP1:n, virulenssiproteiinien spesifiseen ilmentämiseen Drosophilassa tutkiaksemme virusvirulenssiproteiinien vaikutusta kehoon. Tämän tutkimusmenetelmän etuna on, että se voi käyttää Drosophilan runsaita geneettisiä työkaluja tutkimuksen edistymisen nopeuttamiseen.

Hyönteisillä, kuten ihmisillä, on luurankolihakset, sileät lihakset ja sydänlihakset. Sen lihasjärjestelmä on hyvin konservoitunut ihmisten kanssa molekyyli- ja solutasolla, mikä tekee siitä hyvän mallieläimen lihasjärjestelmän kehityksen, toiminnan ja niihin liittyvien sairauksien tutkimiseen.

Syy, miksi käytämme hiirimallia, johtuu siitä, että hyönteiset eivät loppujen lopuksi ole nisäkkäitä, ja ne ovat hyvin erilaisia ​​​​kuin ihmiset. Siksi Drosophilan löydösten tarkistaminen hiirillä, jotka ovat myös nisäkkäitä, on osoittaa, että tämän tutkimuksen lajit ovat. konservatiivinen tyyppi on pakollinen.

Paperitekniikka: Tutkimuksessa havaittiin signalointimalli kaikissa kolmessa hermotulehduksen tyypissä, jossa solunulkoinen ligandi Upd3 reagoi keskushermoston reaktiivisiin happilajeihin ja indusoi luurankolihasten JAK-STAT-signalointia, mikä johtaa mitokondrioiden toimintahäiriöihin ja motorisiin toimintoihin. Voitko selittää tämän prosessin meille maallikon sanoin?

Yang Shuo: Mitokondriot ovat energia-aineenvaihdunnan ydin, ja lihakset ovat suuria energiankuluttajia. Mitokondrioiden toiminnan häiriöt johtavat väistämättä energiantuotannon vähenemiseen, jolloin lihaksilta puuttuu energian saanti ja ne eivät siten pysty toimimaan normaalisti.

Paperitekniikka: Ihmispotilailla näiden kolmen sairauden aiheuttama motorinen toimintahäiriö ei näytä ilmenevän samalla tavalla. Ovatko tässä tutkimuksessa löydetyt mekanismit täysin samoja näissä kolmessa sairaudessa? Onko se tärkein syy lihasten menettämiseen näissä sairauksissa?

Yang Shuo:Solubiologian näkökulmasta kaikki kolme sairautta aiheuttavat sairauksia vaikuttamalla lihasten mitokondrioiden kalvopotentiaaliin, joten niiden patogeeniset mekanismit ovat täsmälleen samat.

Tällä hetkellä ei tiedetä, onko se tärkein syy lihasten toimintahäiriöihin. Voimme vain todistaa, että sillä on tärkeä rooli lihasten vajaatoiminnassa, mutta emme voi tehdä johtopäätöstä sen roolista.

Paperitekniikka: Onko tämän prosessin aiheuttama lihastoiminnan heikkeneminen palautuva? Meneekö se ohi, kun sairaus on parantunut?

Yang Shuo:Kyllä, kokeilumme osoittavat, että tämä heikkeneminen on palautuvaa ja lihakset palaavat vähitellen normaaliin toimintaan.

Paperitekniikka: COVID-19:n (Long covid) pitkäaikaiset seuraukset ovat aihe, josta monet ihmiset ovat huolissaan. Mitkä ovat tutkimuksen tulokset? Ovatko kognitiivinen heikkeneminen ja motoristen toimintojen heikkeneminen väistämättömiä seurauksia?

Yang Shuo: Huomasimme, että hermotulehdus on yksi COVID-19:n syistä. Mutta kaksoisaivo-/lihashäiriöitä ei esiinny kaikilla.

Paperitekniikka: Joissakin suoli-aivo-akselin tutkimuksissa on havaittu, että mikrobiotan koostumuksen säätely voi puolestaan ​​vaikuttaa hermostoon. Onko mahdollista, että tässä tutkimuksessa esitetty aivo-lihas-akseli on kaksisuuntainen?

Yang Shuo: Tämä on hyvä kysymys. Tutkimme parhaillaan, voiko liikunta saada aikaan tiettyjen lihastekijöiden erittymistä, ja nämä lihastekijät pääsevät verenkiertoon, tunkeutumaan veri-aivoesteeseen ja siten estämään Alzheimerin taudin kehittymistä. Irisiini on tällä hetkellä suosituin lihasperäinen hermostoa suojaava proteiini, mutta sen aineenvaihduntaan vaikutuksensa vuoksi sen soveltamisessa on ilmennyt monia ongelmia. Haluamme seuloa enemmän liikuntaa suojaavia tekijöitä geneettisten mallien avulla simuloidaksemme keinotekoisesti harjoituksen vaikutuksia, viivyttääksemme Alzheimerin taudin puhkeamista ja hidastaaksemme sen etenemistä.

Paperitekniikka:Mitkä ovat tämän lääkekehityksen ja sairauksien diagnosoinnin ja hoidon tutkimuksen näkymät?

Yang Shuo: Löysimme Upd3/IL-6-molekyylin osalta markkinoilla on jo monia neutraloivia vasta-aineita ja niihin liittyviä reitin estäjiä. Siksi tutkimuksemme tarjoaa tieteellisen perustan näiden lääkkeiden käyttöaiheiden laajentamiselle.

Alkuperäiset tiedot:

Yang S, Tian M, Dai Y, Wang R, Yamada S, Feng S, Wang Y, Chhangani D, Ou T, Li W, Guo X, McAdow J, Rincon-Limas DE, Yin X, Tai W, Cheng G, Johnson A. Infektio ja krooninen sairaus aktivoivat systeemisen aivo-lihas-signalointiakselin, joka säätelee lihasten toimintaa. Tiede Immunologia. 12. heinäkuuta 2024.

https://www.science.org/stoken/author-tokens/ST-1985/full