berita

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Penelitian dalam beberapa tahun terakhir telah menemukan bahwa selain regulasi saraf/hormonal, organ yang berbeda dapat mengatur satu sama lain melalui molekul kecil metabolik dan protein yang disekresi non-hormonal. Mekanisme pengaturan ini disebut transmisi sinyal lintas organ (Jaringan komunikasi antar organ (ICN). ICN dapat secara aktif/pasif merespons berbagai perubahan patologis dan berpartisipasi dalam mengatur dan mempertahankan fungsi fisiologis normal dan homeostasis organ tubuh secara keseluruhan. Misalnya, kelainan ICN berhubungan dengan penyakit katup jantung, perlemakan hati non-alkohol, dan penyakit hati. dan penyakit kronis. Terjadinya banyak penyakit seperti nefritis sangat erat hubungannya.”

“Kami sedang melakukan penelitian apakah olahraga dapat menginduksi sekresi faktor otot tertentu, dan faktor otot tersebut dapat memasuki sistem sirkulasi dan menembus sawar darah otak, sehingga menghambat terjadinya penyakit Alzheimer.”

Seperti jaringan dan organ lain di tubuh manusia, saraf otak juga bisa “meradang”. Bakteri, virus, dan bahkan penuaan dapat memicu respons sistem kekebalan tubuh, yang menyebabkan peradangan saraf otak dan degenerasi fungsi saraf lebih lanjut. Para ilmuwan telah menemukan bahwa banyak penyakit ensefalitis seringkali disertai dengan penurunan fungsi otot, namun hubungan di antara keduanya belum jelas.

Baru-baru ini, sebuah penelitian baru mengungkapkan hubungan mendalam antara peradangan saraf dan penurunan fungsi otot. Penelitian bertajuk "Infeksi dan Penyakit Kronis Mengaktifkan Sumbu Sinyal Otak-Otot Sistemik" diterbitkan dalam "Science·Immunology" pada 12 Juli 2024. Majalah "(Science Immunology), penulisnya adalah tim Yang Shuo dari School of Life Sciences , Universitas Fudan.

Dengan mempelajari peradangan saraf dan degenerasi otot yang disebabkan oleh Escherichia coli, virus corona baru (SARS-CoV-2), dan penyakit Alzheimer (AD) pada model Drosophila dan tikus, penelitian ini menemukan bahwa semua penyakit ini mengaktifkan "sumbu sinyal otak-otot" yang mengatur kinerja otot, di mana berbagai faktor stres seperti peradangan menyebabkan aktivasi sitokin Upd3 (Unpaired3)/IL-6 (Interleukin-6) dan selanjutnya mengaktifkan JAK di jalur pensinyalan otot rangka -STAT (transduser dan aktivator sinyal Janus kinase transkripsi), mengatur fungsi mitokondria dan pada akhirnya mempengaruhi fungsi otot.

"Sitokin" adalah kelas protein molekul kecil yang, seperti "pembawa pesan", menyampaikan "perintah" dengan mengikat reseptor permukaan sel, mendorong atau menghambat diferensiasi sel, proliferasi, dan perilaku lainnya. “Organ berkomunikasi dengan mengeluarkan molekul, yang memasuki sirkulasi dan ditransfer ke jaringan target, yang menyebabkan berbagai konsekuensi termasuk kekebalan, perilaku, neurogenesis, fungsi kardiovaskular, penuaan sel, dan lain-lain,” demikian bunyi studi tersebut.

Orang biasanya mengira bahwa perubahan fungsi neurologis akibat peradangan saraf secara langsung menyebabkan gejala eksternal seperti penurunan fungsi otot, namun penelitian ini mengungkap mekanisme universal lain dari perspektif komunikasi antar organ.

Pandangan tradisional (kiri) adalah bahwa peradangan saraf yang disebabkan oleh infeksi menghasilkan faktor peradangan yang menyebabkan apoptosis neuron, yang secara langsung mempengaruhi kontrol otot. Penelitian ini (gambar di sebelah kanan) menemukan mekanisme melalui komunikasi sitokin antara otak dan otot untuk mengatur fungsi otot. Foto disediakan oleh orang yang diwawancarai.

Bagaimana cara peneliti bekerja dengan model lalat dan tikus? Apakah penurunan fungsi otot yang disebabkan oleh bakteri, virus, penyakit neurodegeneratif seperti penyakit Alzheimer pada dasarnya sama? Bisakah penurunan ini dibalik? Apa implikasi penelitian ini terhadap pengobatan penyakit otak/otot? Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, ThePaper Technology baru-baru ini mewawancarai Yang Shuo, penulis pertama studi tersebut dan seorang peneliti di School of Life Sciences di Universitas Fudan.

【dialog】

Teknologi Kertas: Bisakah Anda memperkenalkan diri dan tim Anda? Mengapa Anda melakukan penelitian ini?

Yang Shuo (Pemimpin Proyek Penelitian, Fakultas Ilmu Hayati, Universitas Fudan, Pembimbing PhD): Saya bergabung dengan School of Life Sciences di Universitas Fudan pada Februari 2023. Minat penelitian saya terutama berfokus pada bidang transmisi sinyal lintas organ, morfogenesis otot, dan penyakit genetik pada sistem lokomotor diterbitkan di Cell Host & Microbe, Science Immunology, Nature Beliau telah banyak menerbitkan makalah di jurnal seperti Komunikasi, Pembangunan, dan Wawasan JCI (miring). Laboratorium saat ini berfokus pada tiga arah: pertama, mengeksplorasi fungsi dan mekanisme jaringan interaksi multi-organ dalam homeostasis secara keseluruhan; kedua, menyaring faktor-faktor pelindung terhadap penyakit Alzheimer; ketiga, membangun model hewan dari penyakit genetik yang berhubungan dengan sistem.

Ketika saya menjadi mahasiswa pascadoktoral di Universitas Washington di Amerika Serikat, saya dan rekan supervisor saya, Profesor Aaron Johnson, berfokus pada mekanisme perkembangan sistem otot dan penyakit miopati yang terkait. Pada masa pandemi COVID-19 yaitu awal tahun 2021, kami menemukan bahwa rekan-rekan kami sering mengalami gejala neurologis seperti kecemasan dan gejala sistem otot seperti kelemahan otot setelah sembuh dari virus corona baru. Hal ini membangkitkan minat kami.

Kami menemukan bahwa pasien dengan berbagai penyakit, termasuk ensefalitis bakterial, ensefalitis virus, dan penyakit neurodegeneratif, datang dengan gejala ganda otak/otot. Pada tahun 2020, penelitian kami yang baru saja diterbitkan di Development, jurnal klasik biologi perkembangan, menunjukkan bahwa ektoderm (yang berkembang menjadi epidermis dan jaringan saraf, dll.) dapat mengatur FGF di sel otot mesoderm (yang berkembang menjadi otot) dengan mensekresi ligan dari Jalur pensinyalan FGF. Keseimbangan jalur, sehingga mengontrol morfogenesis dan arsitektur organ. Oleh karena itu, kami berspekulasi bahwa ensefalitis juga akan mengubah profil sekresi otak dan dengan demikian secara langsung mengatur fungsi fisiologis otot melalui protein yang disekresikan.

Sama seperti Atlas yang mengangkat langit dalam mitologi Yunani, peradangan saraf membuat otot manusia kewalahan. Foto disediakan oleh orang yang diwawancarai.

Teknologi Kertas: Apa itu peradangan saraf? Karena peradangan disebabkan oleh “perlindungan” sistem kekebalan tubuh, mengapa justru menyebabkan kerusakan pada tubuh?

Yang Shuo: Melawan infeksi eksternal adalah fungsi inti dari sistem kekebalan tubuh. Sistem kekebalan tubuh dapat merespons infeksi dengan menelan patogen, melepaskan faktor peradangan untuk membunuh patogen, dan memproduksi antibodi untuk mencegah patogen menyerang sel. Namun, aktivasi sistem kekebalan yang berlebihan akan menyebabkan pelepasan sejumlah besar faktor inflamasi seperti interleukin, TNF-a, dan molekul protein komplemen, melancarkan serangan bunuh diri yang hebat terhadap sumber infeksi dan sel yang terinfeksi, sehingga menyebabkan kematian. sel-sel jaringan itu sendiri. Cedera tersebut disertai dengan peningkatan permeabilitas pembuluh darah dan gangguan peredaran darah, dan bahkan dapat menyebabkan kegagalan banyak organ (MOF). Inilah alasan mengapa banyak pasien COVID-19 yang parah meninggal. Oleh karena itu, aktivasi dan penekanan sistem kekebalan yang terkontrol merupakan kebutuhan yang tidak dapat dihindari bagi tubuh untuk mempertahankan fungsi normal.

Teknologi Kertas: Apa itu komunikasi antar organ? Dalam beberapa dekade terakhir, beberapa perspektif serupa telah muncul dalam biologi, seperti “poros otak-usus”. Bisakah Anda memperkenalkan latar belakang dan perkembangan gagasan ini?

Yang Shuo: Perkembangan dari hewan bersel tunggal menjadi hewan bersel banyak merupakan sebuah lompatan dalam sejarah evolusi hewan. Bermula dari hewan multiseluler, berbagai bagian tubuh hewan lambat laun berdiferensiasi menjadi organ dengan fungsi tertentu untuk beradaptasi dengan lingkungan luar. Teori klasik menyatakan bahwa fungsi berbagai organ diatur oleh sistem endokrin dan sistem saraf.

Penelitian dalam beberapa tahun terakhir menemukan bahwa selain regulasi saraf/hormonal, organ yang berbeda dapat mengatur satu sama lain melalui molekul kecil metabolik dan protein yang disekresi non-hormonal. Mekanisme pengaturan ini disebut transmisi sinyal antar organ (transmisi antar organ). -jaringan komunikasi organik (ICN). ICN dapat secara aktif/pasif merespons berbagai perubahan patologis dan berpartisipasi dalam pengaturan dan pemeliharaan fungsi fisiologis normal dan homeostasis organ tubuh secara keseluruhan. Misalnya, ICN yang tidak normal erat kaitannya dengan terjadinya berbagai penyakit seperti penyakit katup jantung, penyakit hati berlemak non-alkohol, dan nefritis kronis.

Saat ini, selain “poros otak-usus”, komunikasi organ yang menjadi perhatian khusus adalah komunikasi antar organ yang terdiri dari sel otak dan otot. Pada tanggal 22 Juli, Cell menerbitkan makalah berjudul Memori imun bawaan setelah cedera otak mendorong disfungsi jantung inflamasi, dan pada tanggal 12 Juli, Nature Cardiovaskular Research menerbitkan makalah berjudul Sistem penghargaan. Studi tentang aktivasi meningkatkan pemulihan dari infark miokard akut telah menunjukkan efek pengaturan otak di hati. Pada tanggal 3 Mei, Science menerbitkan sebuah makalah berjudul Komunikasi otak-otot mencegah penuaan otot dengan menjaga fisiologi harian, yang menunjukkan bahwa jam biologis sistem saraf pusat dapat mengatur fungsi otot rangka dengan cara yang tidak diketahui.

Oleh karena itu, analisis ICN lebih lanjut tidak hanya dapat meningkatkan pemahaman kita tentang jaringan regulasi antar organ kehidupan, namun juga memberikan dasar untuk pengobatan intervensi penyakit terkait ICN seperti badai inflamasi sistemik, kerusakan saraf, dan kelemahan otot.

Teknologi Kertas: Artikel ini mengeksplorasi mekanisme komunikasi otak-otot yang dipicu oleh peradangan saraf yang disebabkan oleh E. coli, virus corona baru, dan penyakit Alzheimer. Mengapa memilih ketiga kasus ini?

Yang Shuo:Karena kami menemukan dari kehidupan sehari-hari dan penelusuran literatur, ketiga kondisi ini mencakup sebagian besar orang dengan kelainan otak/otot ganda yang dapat kita temui.

Teknologi Kertas: Penelitian ini terutama memilih Drosophila melanogaster sebagai model untuk mempelajari komunikasi otak-ke-otot. Bagaimana model-model ini dibangun? Bisakah lalat buah juga “tertular” penyakit COVID-19 dan Alzheimer? Apa persamaan dan perbedaan pengaturan fungsi otot serangga dengan manusia? Model tikus juga digunakan dalam penelitian ini.

Yang Shuo: Lalat buah tidak bisa terserang penyakit Alzheimer. Saat ini terdapat berbagai penjelasan mengenai penyebab penyakit Alzheimer, namun kebanyakan orang menerima teori bahwa protein amiloid beta dan tau adalah penyebabnya, yaitu akumulasi abnormal protein tersebut di otak yang menyebabkan penyakit tersebut. Oleh karena itu, pada model hewan, kami biasanya membuat model penyakit Alzheimer dengan mengekspresikan protein Amiloid beta 42 manusia di otak.

Virus corona baru menyerang sel dengan mengikat reseptor ACE2. Meskipun Drosophila memiliki protein homolog dari reseptor ACE2 (Nature, 2002 Jun 20;417(6891):822-8), virus corona baru tidak dapat menginfeksi sel Drosophila secara langsung. Oleh karena itu, kami menggunakan genetika untuk secara spesifik mengekspresikan protein virulensi virus corona baru, seperti NSP1, pada Drosophila untuk mengeksplorasi dampak protein virulensi virus pada tubuh. Keuntungan metode penelitian ini adalah dapat menggunakan kekayaan genetik Drosophila untuk mempercepat kemajuan penelitian.

Serangga, seperti manusia, memiliki otot rangka, otot polos, dan otot jantung. Sistem ototnya sangat terpelihara dengan manusia pada tingkat molekuler dan seluler, menjadikannya hewan teladan yang baik untuk mempelajari perkembangan, fungsi, dan penyakit terkait sistem otot.

Alasan kami menggunakan model tikus adalah karena serangga bukanlah mamalia, dan mereka sangat berbeda dengan manusia. Oleh karena itu, memverifikasi temuan Drosophila pada tikus yang juga mamalia adalah untuk membuktikan bahwa spesies penelitian ini adalah spesies. konservatif. Tipe adalah suatu keharusan.

Teknologi Kertas: Studi ini menemukan pola pensinyalan pada ketiga jenis peradangan saraf di mana ligan ekstraseluler Upd3 merespons spesies oksigen reaktif di sistem saraf pusat dan menginduksi pensinyalan JAK-STAT otot rangka, yang menyebabkan disfungsi mitokondria serta penurunan fungsi motorik. Bisakah Anda menjelaskan proses ini kepada kami dalam istilah awam?

Yang Shuo: Mitokondria adalah inti metabolisme energi, dan otot adalah konsumen energi utama. Gangguan fungsi mitokondria mau tidak mau akan menyebabkan berkurangnya produksi energi, sehingga otot akan kekurangan pasokan energi sehingga tidak dapat berfungsi secara normal.

Teknologi Kertas: Pada pasien manusia, disfungsi motorik yang disebabkan oleh ketiga penyakit ini tampaknya tidak bermanifestasi secara sama. Apakah mekanisme yang ditemukan dalam penelitian ini tampak sama persis pada ketiga penyakit tersebut? Apakah itu penyebab utama hilangnya otot pada penyakit ini?

Yang Shuo:Dari sudut pandang biologi sel, ketiga penyakit tersebut akan menimbulkan penyakit dengan mempengaruhi potensi membran mitokondria otot, sehingga mekanisme patogeniknya sama persis.

Apakah ini penyebab utama hilangnya fungsi otot saat ini belum diketahui. Kami hanya dapat membuktikan bahwa hal ini memainkan peranan penting dalam disabilitas otot, namun kami tidak dapat menarik kesimpulan seberapa besar peranannya.

Teknologi Kertas: Apakah penurunan fungsi otot akibat proses ini dapat dibalik? Apakah penyakitnya akan hilang setelah sembuh?

Yang Shuo:Ya, percobaan kami menunjukkan bahwa penurunan ini dapat dibalik dan otot secara bertahap kembali ke fungsi normal.

Teknologi Kertas: Gejala sisa jangka panjang dari COVID-19 (Long Covid) adalah topik yang menjadi perhatian banyak orang. Apa temuan penelitian ini? Apakah penurunan kognitif dan penurunan fungsi motorik merupakan akibat yang tidak dapat dihindari?

Yang Shuo: Kami menemukan bahwa infeksi saraf adalah salah satu penyebab COVID-19. Namun kelainan otak/otot ganda tidak terjadi pada semua orang.

Teknologi Kertas: Dalam beberapa penelitian tentang poros usus-otak, ditemukan bahwa pengaturan komposisi mikrobiota pada gilirannya dapat mempengaruhi sistem saraf. Menurut Anda, apakah mungkin sumbu otak-otot yang disajikan dalam penelitian ini bersifat dua arah?

Yang Shuo: Ini adalah pertanyaan yang bagus. Kami sedang mempelajari apakah olahraga dapat menginduksi sekresi faktor otot tertentu, dan faktor otot ini dapat memasuki sistem sirkulasi, menembus penghalang darah-otak, dan dengan demikian menghambat perkembangan penyakit Alzheimer. Irisin saat ini merupakan protein neuroprotektif turunan otot yang paling populer, namun karena dampaknya terhadap metabolisme, banyak masalah muncul dalam penerapannya. Kami ingin menyaring lebih banyak faktor pelindung olahraga melalui model genetik untuk mensimulasikan efek olahraga secara artifisial, menunda timbulnya penyakit Alzheimer, dan mengurangi perkembangannya.

Teknologi Kertas:Apa prospek penelitian ini dalam pengembangan obat serta diagnosis dan pengobatan penyakit?

Yang Shuo: Untuk molekul Upd3/IL-6 yang kami temukan, sudah banyak antibodi penetralisir dan penghambat jalur terkait di pasaran. Oleh karena itu, penelitian kami memberikan dasar ilmiah untuk memperluas indikasi obat ini.

Informasi asli:

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. Infeksi dan penyakit kronis mengaktifkan sumbu sinyal otak-otot sistemik yang mengatur fungsi otot. Science Immunology. 12 Juli 2024.

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