Новости

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

«Исследования последних лет показали, что в дополнение к нейронной/гормональной регуляции различные органы могут регулировать друг друга посредством метаболических малых молекул и негормональных секретируемых белков. Этот регуляторный механизм называется межорганной передачей сигналов (Межорганные коммуникационные сети). (ИКН) может активно/пассивно реагировать на разнообразные патологические изменения и участвовать в регуляции и поддержании нормальных физиологических функций и общего гомеостаза органов тела. Например, нарушения ИЦН связаны с заболеваниями клапанов сердца, неалкогольной жировой болезнью печени. и хронические заболевания тесно связаны с возникновением многих заболеваний, таких как нефрит».

«В настоящее время мы проводим исследования о том, могут ли физические упражнения вызывать секрецию определенных мышечных факторов, и эти мышечные факторы могут проникать в систему кровообращения и проникать через гематоэнцефалический барьер, тем самым препятствуя возникновению болезни Альцгеймера».

Как и другие ткани и органы человеческого тела, нервы головного мозга также могут «воспаляться». Бактерии, вирусы и даже старение могут вызвать реакцию иммунной системы, приводящую к воспалению нервов головного мозга и дегенерации неврологических функций. Ученые установили, что многие заболевания энцефалитом часто сопровождаются снижением мышечной функции, однако связь между ними пока не ясна.

Недавно новое исследование выявило глубокую связь между нейровоспалением и деградацией мышечной функции. Исследование под названием «Инфекция и хронические заболевания активируют системную сигнальную ось мозг-мышцы» было опубликовано в журнале Science Immunology 12 июля 2024 года (Science Immunology), автор — команда Ян Шо из Школы наук о жизни Университета Фудань.

Изучая нейровоспаление и дегенерацию мышц, вызванные Escherichia coli, новым коронавирусом (SARS-CoV-2) и болезнью Альцгеймера (БА) на моделях дрозофилы и мышей, исследование показало, что все эти заболевания активируют «сигнальную ось мозг-мышцы», которая регулирует мышечную работоспособность, при этом различные стрессовые факторы, такие как воспаление, приводят к активации цитокинов Upd3 (Unpaired3)/IL-6 (Интерлейкин-6) и дальнейшей активации JAK в сигнальном пути скелетных мышц -STAT (передатчик и активатор сигнала янус-киназы). транскрипции), регулирует функцию митохондрий и в конечном итоге влияет на функцию мышц.

«Цитокины» представляют собой класс низкомолекулярных белков, которые, подобно «посланникам», передают «команды», связываясь с рецепторами клеточной поверхности, способствуя или ингибируя дифференцировку клеток, пролиферацию и другие действия. «Органы взаимодействуют посредством секретирования молекул, которые попадают в систему кровообращения и передаются тканям-мишеням, что приводит к множеству последствий, включая иммунитет, поведение, нейрогенез, сердечно-сосудистую функцию, клеточное старение и т. д.», — говорится в исследовании.

Люди обычно думают, что изменения неврологических функций, вызванные нейровоспалением, напрямую приводят к внешним симптомам, таким как снижение мышечной функции, но это исследование раскрывает другой универсальный механизм с точки зрения межорганной связи.

Традиционная точка зрения (слева) заключается в том, что нейровоспаление, вызванное инфекцией, производит воспалительные факторы, которые приводят к апоптозу нейронов, что напрямую влияет на контроль мышц. Это исследование (изображение справа) обнаружило механизм регулирования мышечной функции посредством цитокиновой связи между мозгом и мышцами. Фото предоставлено собеседником.

Как исследователи работают с моделями мух и мышей? Является ли снижение мышечной функции, вызванное бактериями, вирусами и нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, по существу одним и тем же? Можно ли обратить этот спад вспять? Какое значение это исследование имеет для лечения заболеваний головного мозга и мышц? Чтобы ответить на эти вопросы, ThePaper Technology недавно взяла интервью у Ян Шуо, первого автора исследования и исследователя Школы наук о жизни Фуданьского университета.

【диалог】

Бумажная технология: Можете ли вы представиться и свою команду? Почему вы провели это исследование?

Ян Шуо (руководитель исследовательского проекта Школы естественных наук Фуданьского университета, научный руководитель): Я поступил на факультет наук о жизни Фуданьского университета в феврале 2023 года. Мои исследовательские интересы в основном сосредоточены на области межорганной передачи сигналов, мышечного морфогенеза и генетических заболеваний опорно-двигательной системы. Я являюсь первым автором и автором-корреспондентом. опубликовано в журналах Cell Host & Microbe, Science Immunology, Nature. Он опубликовал множество статей в таких журналах, как Communications, Development и JCI Insight (курсив). В настоящее время лаборатория занимается тремя направлениями: во-первых, изучение функций и механизмов взаимодействия нескольких органов в общем гомеостазе, во-вторых, скрининг факторов защиты от болезни Альцгеймера, в-третьих, создание моделей генетических заболеваний, связанных с физическими упражнениями.

Когда я работал постдоком в Вашингтонском университете в США, мы с моим со-руководителем, профессором Аароном Джонсоном, занимались механизмами развития мышечной системы и связанными с ними миопатиями. Во время эпидемии COVID-19, то есть в начале 2021 года, мы обнаружили, что наши коллеги часто страдали от неврологических симптомов, таких как тревога, и симптомов мышечной системы, таких как мышечная слабость, после выздоровления от нового коронавируса. Этот вопрос вызвал наш интерес.

Мы обнаружили, что у пациентов с различными заболеваниями, включая бактериальный энцефалит, вирусный энцефалит и нейродегенеративные заболевания, наблюдаются двойные симптомы со стороны мозга и мышц. В 2020 году наше исследование, только что опубликованное в классическом журнале по биологии развития «Развитие», показывает, что эктодерма (которая развивается в эпидермис, нервную ткань и т. д.) может регулировать FGF в мышечных клетках мезодермы (которая развивается в мышцы), секретируя лиганды Сигнальный путь FGF Баланс путей, тем самым контролирующий морфогенез и архитектуру органов. Поэтому мы предположили, что энцефалит аналогичным образом изменит секреторный профиль мозга и тем самым напрямую будет регулировать физиологическую функцию мышц посредством секретируемых белков.

Подобно Атланту, поддерживающему небо в греческой мифологии, нейровоспаление приводит к перегрузке мышц людей. Фото предоставлено собеседником.

Бумажная технология: Что такое нейровоспаление? Поскольку воспаление вызвано «защитой» организма иммунной системой, почему оно вместо этого причиняет организму вред?

Ян Шо: Борьба с внешними инфекциями является основной функцией иммунной системы. Иммунная система может реагировать на инфекцию, поглощая патогены, высвобождая воспалительные факторы для уничтожения патогенов и вырабатывая антитела для предотвращения проникновения патогенов в клетки. Однако чрезмерная активация иммунной системы вызовет высвобождение большого количества воспалительных факторов, таких как интерлейкины, TNF-a и молекулы белка комплемента, запуская подобную шторму самоубийственную атаку на источник инфекции и инфицированные клетки, заставляя клетки Травма сопровождается повышением проницаемости сосудов и нарушением кровообращения и может даже привести к полиорганной недостаточности (ПОН). Именно по этой причине умирают многие тяжелые пациенты с COVID-19. Следовательно, контролируемая активация и подавление иммунной системы является неизбежным требованием организма для поддержания нормальных функций.

Бумажная технология: Что такое межорганная коммуникация? В последние десятилетия в биологии появились некоторые похожие точки зрения, такие как «ось мозг-кишечник». Можете ли вы рассказать об истоках и развитии этой идеи?

Ян Шо: Развитие от одноклеточных животных к многоклеточным является скачком в истории эволюции животных. Начиная с многоклеточных животных, различные части тела животных постепенно дифференцировались в органы, выполняющие определенные функции в целях адаптации к внешней среде. Классическая теория утверждает, что функции различных органов регулируются эндокринной и нервной системами.

Исследования последних лет показали, что помимо нейронной/гормональной регуляции различные органы могут регулировать друг друга посредством метаболических малых молекул и негормональных секретируемых белков. Этот регуляторный механизм называется межорганной передачей сигналов (межорганная передача). -органические сети связи (ICN). ИЦН могут активно/пассивно реагировать на разнообразные патологические изменения, участвовать в регуляции и поддержании нормальных физиологических функций и общего гомеостаза органов тела. Например, нарушения ICN тесно связаны с возникновением различных заболеваний, таких как заболевания клапанов сердца, неалкогольная жировая болезнь печени и хронический нефрит.

В настоящее время, помимо «оси мозг-кишечник», особую озабоченность вызывает связь между органами, состоящими из клеток мозга и мышечных клеток. 22 июля компания Cell опубликовала статью под названием «Врожденная иммунная память после травмы головного мозга вызывает воспалительную сердечную дисфункцию», а 12 июля журнал Nature Cardioglass Research опубликовал статью под названием «Исследования системы вознаграждения, улучшающие восстановление после острого инфаркта миокарда», показали регулирующий эффект мозга. на сердце. 3 мая журнал Science опубликовал статью под названием «Связь между мозгом и мышцами предотвращает старение мышц, поддерживая ежедневную физиологию», которая показала, что биологические часы центральной нервной системы могут неизвестным образом регулировать функцию скелетных мышц.

Таким образом, дальнейший анализ ICN может не только улучшить наше понимание регуляторной сети между органами жизни, но также обеспечить основу для интервенционного лечения заболеваний, связанных с ICN, таких как системный воспалительный шторм, повреждение нервов и мышечная слабость.

Бумажная технология: В статье исследуется механизм взаимодействия мозга и мышц, запускаемый нейровоспалением, вызванным кишечной палочкой, новым коронавирусом и болезнью Альцгеймера. Почему стоит выбрать именно эти три случая?

Ян Шо:Поскольку мы обнаружили из повседневной жизни и поиска литературы, эти три состояния охватывают подавляющее большинство людей с двойными нарушениями мозга и мышц, с которыми мы можем столкнуться.

Бумажная технология: В исследовании главным образом была выбрана Drosophila melanogaster в качестве модели для изучения связи мозга с мышцами. Как построены эти модели? Могут ли плодовые мухи «подхватить» COVID-19 и болезнь Альцгеймера? Каковы сходства и различия между регуляцией функций мышц насекомых и человека? В исследовании также использовалась модель мыши. В чем была причина этого?

Ян Шо: У плодовых мушек не может развиться болезнь Альцгеймера. В настоящее время существуют различные объяснения причины болезни Альцгеймера, но большинство людей принимают теорию, что причиной заболевания являются белки бета-амилоида и тау, то есть аномальное накопление этих белков в мозге вызывает заболевание. Поэтому на животных моделях мы обычно конструируем модели болезни Альцгеймера, экспрессируя человеческий белок бета-42 амилоида в мозге.

Новый коронавирус проникает в клетки путем связывания с рецептором ACE2. Хотя у дрозофилы имеется белок, гомологичный рецептору ACE2 (Nature, 2002 Jun 20;417(6891):822-8), новый коронавирус не может напрямую инфицировать клетки дрозофилы. Поэтому мы использовали генетику для специфической экспрессии белков вирулентности нового коронавируса, таких как NSP1, у дрозофилы, чтобы изучить влияние белков вирулентности вируса на организм. Преимущество этого метода исследования в том, что он позволяет использовать богатый генетический инструментарий дрозофилы для ускорения прогресса исследований.

Насекомые, как и люди, имеют скелетную мускулатуру, гладкую мускулатуру и сердечную мышцу. Его мышечная система хорошо консервативна у людей на молекулярном и клеточном уровнях, что делает его хорошей моделью животного для изучения развития, функций и связанных с ним заболеваний мышечной системы.

Причина, по которой мы используем мышиную модель, заключается в том, что насекомые, в конце концов, не являются млекопитающими и сильно отличаются от людей. Поэтому проверка результатов, полученных у дрозофилы на мышах, которые также являются млекопитающими, должна доказать, что виды, рассматриваемые в этом исследовании, являются таковыми. Консервативный тип обязателен.

Бумажная технология: Исследование выявило закономерность передачи сигналов при всех трех типах нейровоспаления, при которых внеклеточный лиганд Upd3 реагирует на активные формы кислорода в центральной нервной системе и индуцирует передачу сигналов JAK-STAT в скелетных мышцах, что приводит к митохондриальной дисфункции, а также к снижению двигательной функции. Можете ли вы объяснить нам этот процесс простым языком?

Ян Шо: Митохондрии являются основой энергетического обмена, а мышцы являются основными потребителями энергии. Нарушения функции митохондрий неизбежно приведут к снижению выработки энергии, поэтому мышцы будут испытывать недостаток энергоснабжения и, следовательно, не смогут нормально функционировать.

Бумажная технология: У людей двигательная дисфункция, вызванная этими тремя заболеваниями, проявляется по-разному. Являются ли механизмы, обнаруженные в этом исследовании, одинаковыми для всех трех заболеваний? Является ли это основной причиной потери мышечной массы при этих заболеваниях?

Ян Шо:С точки зрения клеточной биологии, все три заболевания вызывают заболевание, воздействуя на потенциал мембраны митохондрий мышц, поэтому их патогенетические механизмы совершенно одинаковы.

Является ли это основной причиной мышечной дисфункции, в настоящее время неизвестно. Мы можем только доказать, что он играет важную роль в мышечной инвалидности, но не можем сделать вывод о том, насколько велика его роль.

Бумажная технология: Является ли снижение мышечной функции, вызванное этим процессом, обратимым? Пройдет ли оно после излечения болезни?

Ян Шо:Да, наши эксперименты показывают, что это снижение обратимо и мышцы постепенно возвращаются к нормальной функции.

Бумажная технология: Долгосрочные последствия COVID-19 (Long covid) — тема, которая беспокоит многих людей. Каковы результаты исследования? Являются ли неизбежными последствиями снижение когнитивных функций и двигательных функций?

Ян Шо: Мы обнаружили, что нервная инфекция является одной из причин COVID-19. Но двойные мозговые/мышечные расстройства встречаются не у всех.

Бумажная технология: В некоторых исследованиях оси кишечник-мозг было обнаружено, что регулирование состава микробиоты, в свою очередь, может влиять на нервную систему. Как вы думаете, возможно ли, что ось мозг-мышцы, представленная в этом исследовании, является двунаправленной?

Ян Шо: Это хороший вопрос. В настоящее время мы изучаем, могут ли физические упражнения вызывать секрецию определенных мышечных факторов, и эти мышечные факторы могут проникать в систему кровообращения, проникать через гематоэнцефалический барьер и тем самым тормозить развитие болезни Альцгеймера. Иризин в настоящее время является наиболее популярным нейропротекторным белком мышечного происхождения, но из-за его влияния на обмен веществ при его применении возникло множество проблем. Мы хотим выявить больше защитных факторов при физических нагрузках с помощью генетических моделей, чтобы искусственно имитировать эффекты физических упражнений, отсрочить начало болезни Альцгеймера и смягчить ее прогрессирование.

Бумажная технология:Каковы перспективы этих исследований в области разработки лекарств, диагностики и лечения заболеваний?

Ян Шо: Для обнаруженной нами молекулы Upd3/IL-6 на рынке уже имеется множество нейтрализующих антител и ингибиторов родственных путей. Таким образом, наше исследование дает научную основу для расширения показаний к применению этих препаратов.

Исходная информация:

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. Инфекция и хроническое заболевание активируют системную ось мозг-мышечная сигнализация, которая регулирует мышечную функцию. Научная иммунология. 12 июля 2024 г.

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