Neuroimmunsystem - Neuroimmune system

Neuroimmunsystem
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Dieses Diagramm zeigt die neuroimmunen Mechanismen, die die Methamphetamin-induzierte Neurodegeneration im menschlichen Gehirn vermitteln. Die NF-κB- vermittelte neuroimmune Reaktion auf den Konsum von Methamphetamin, die zu einer erhöhten Permeabilität der Blut-Hirn-Schranke führt, entsteht durch seine Bindung an und Aktivierung von Sigma-1-Rezeptoren , die erhöhte Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS), reaktiven Stickstoffspezies (RNS) und schadensassoziierte molekulare Mustermoleküle (DAMPs), die Fehlregulation von Glutamattransportern (insbesondere EAAT1 und EAAT2 ) und des GlukosestoffwechselsUnd übermäßiger Calciumeinstrom in Gliazellen und Dopamin - Neuronen .
Einzelheiten
System Neuroimmun
Bezeichner
Gittergewebe D015213
Anatomische Terminologie

Das Neuroimmunsystem ist ein System von Strukturen und Prozessen, das die biochemischen und elektrophysiologischen Interaktionen zwischen dem Nervensystem und dem Immunsystem umfasst, die Neuronen vor Krankheitserregern schützen . Es dient dem Schutz von Neuronen vor Krankheiten, indem es selektiv durchlässige Barrieren (z. B. die Blut-Hirn-Schranke und die Blut-Liquor-Schranke ) aufrechterhält , Neuroinflammation und Wundheilung in geschädigten Neuronen vermittelt und die Wirtsabwehr gegen Krankheitserreger mobilisiert.

Das Neuroimmunsystem und das periphere Immunsystem sind strukturell verschieden. Im Gegensatz zum peripheren System besteht das Neuroimmunsystem hauptsächlich aus Gliazellen ; Von allen hämatopoetischen Zellen des Immunsystems sind normalerweise nur Mastzellen im Neuroimmunsystem vorhanden. Während einer Neuroimmunantwort können bestimmte periphere Immunzellen jedoch verschiedene Blut- oder Flüssigkeits-Hirn-Schranken überwinden, um auf Krankheitserreger zu reagieren, die in das Gehirn eingedrungen sind. Beispielsweise gibt es Hinweise darauf, dass nach einer Verletzung Makrophagen und T-Zellen des Immunsystems in das Rückenmark einwandern. Die Produktion von Immunzellen des Komplementsystems wurde auch als direkt im Zentralnervensystem erzeugt dokumentiert.

Struktur

Die zellulären Schlüsselkomponenten des Neuroimmunsystems sind Gliazellen , einschließlich Astrozyten , Mikroglia und Oligodendrozyten . Im Gegensatz zu anderen hämatopoetischen Zellen des peripheren Immunsystems kommen Mastzellen natürlicherweise im Gehirn vor, wo sie als Teil der Mikrobiota-Darm-Hirn-Achse Interaktionen zwischen Darmmikroben, dem Immunsystem und dem zentralen Nervensystem vermitteln .

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren , die sowohl im ZNS als auch im Immunzelltyp vorhanden sind und für einen neuroimmunen Signalprozess verantwortlich sind, umfassen:

Zellphysiologie

Das Neuro-Immunsystem und dessen Erforschung umfasst ein Verständnis des Immunsystems und des neurologischen Systems und der regulierenden Auswirkungen ihrer Funktionen. Zytokine regulieren Immunantworten, möglicherweise durch Aktivierung der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-(HPA)-Achse. Zytokine sind auch an der Koordination zwischen dem Nerven- und Immunsystem beteiligt. Fälle von Zytokin-Bindung an neurale Rezeptoren wurden zwischen der Zytokin-freisetzenden Immunzelle IL-1&bgr; und dem neuralen Rezeptor IL-1R dokumentiert . Diese Bindung führt zu einem elektrischen Impuls, der ein Schmerzempfinden erzeugt. Immer mehr Hinweise deuten darauf hin, dass Autoimmun-T-Zellen an der Neurogenese beteiligt sind. Studien haben gezeigt, dass in Zeiten der adaptiven Immunantwort die Hippocampus-Neurogenese erhöht ist und umgekehrt autoimmune T-Zellen und Mikroglia für die Neurogenese (und damit das Gedächtnis und das Lernen) bei gesunden Erwachsenen wichtig sind.

Das Neuroimmunsystem nutzt komplementäre Prozesse sowohl von sensorischen Neuronen als auch von Immunzellen, um schädliche oder schädliche Reize zu erkennen und darauf zu reagieren. Beispielsweise können eindringende Bakterien gleichzeitig Inflammasomen aktivieren , die Interleukine ( IL-1 β ) verarbeiten und sensorische Neuronen durch die Sekretion von Hämolysinen depolarisieren . Hämolysine erzeugen Poren, die eine depolarisierende Freisetzung von Kaliumionen aus dem Inneren der eukaryotischen Zelle und einen Einstrom von Kalziumionen verursachen. Zusammen ergibt dies ein Aktionspotential in sensorischen Neuronen und die Aktivierung von Inflammasomen.

Verletzungen und Nekrose verursachen auch eine neuroimmune Reaktion. Die Freisetzung von Adenosintriphosphat (ATP) aus geschädigten Zellen bindet und aktiviert sowohl P2X7- Rezeptoren auf Makrophagen des Immunsystems als auch P2X3- Rezeptoren von Nozizeptoren des Nervensystems. Dies verursacht die kombinierte Reaktion sowohl eines resultierenden Aktionspotentials aufgrund der durch den Einstrom von Calcium- und Kaliumionen erzeugten Depolarisation als auch der Aktivierung von Inflammasomen. Das erzeugte Aktionspotential ist auch für das Schmerzempfinden verantwortlich und das Immunsystem produziert IL-1 β als Folge der ATP P2X7 Rezeptorbindung.

Obwohl eine Entzündung typischerweise als eine Immunantwort angesehen wird, gibt es eine Orchestrierung von neuralen Prozessen, die am Entzündungsprozess des Immunsystems beteiligt sind. Nach einer Verletzung oder Infektion gibt es eine Kaskade von Entzündungsreaktionen wie die Sekretion von Zytokinen und Chemokinen , die mit der Sekretion von Neuropeptiden (wie Substanz P ) und Neurotransmittern (wie Serotonin ) gekoppelt sind . Zusammen hat diese gekoppelte neuroimmune Reaktion eine verstärkende Wirkung auf Entzündungen.

Neuroimmunreaktionen

Interaktion zwischen Neuronen und Gliazellen

Verschiedene Arten von Gliazellen, einschließlich Mikroglia, Astroglia und Oligodendrozyten.

Neuronen und Gliazellen arbeiten zusammen, um eindringende Krankheitserreger und Verletzungen zu bekämpfen. Chemokine spielen eine herausragende Rolle als Vermittler zwischen der Kommunikation zwischen Neuronen und Gliazellen, da beide Zelltypen Chemokinrezeptoren exprimieren. Zum Beispiel kann das Chemokin Fractalkin wurde in der Kommunikation zwischen verwickelt Mikroglia und Spinalganglien (DRG) Neuronen im Rückenmark. Fractalkin wurde mit einer Überempfindlichkeit gegenüber Schmerzen in Verbindung gebracht, wenn es in vivo injiziert wird , und es wurde gefunden, dass es entzündungsvermittelnde Moleküle hochreguliert. Gliazellen können Pathogene sowohl im zentralen Nervensystem als auch in peripheren Geweben effektiv erkennen. Wenn Gliazellen mithilfe von Zytokin- und Chemokin-Signalen fremde Krankheitserreger erkennen, können sie diese Informationen an das ZNS weiterleiten. Die Folge ist eine Zunahme depressiver Symptome. Eine chronische Aktivierung von Gliazellen führt jedoch zu Neurodegeneration und Neuroinflammation .

Mikrogliazellen gehören zu den bekanntesten Arten von Gliazellen im Gehirn. Eine ihrer Hauptfunktionen ist die Phagozytose von Zelltrümmern nach neuronaler Apoptose . Nach der Apoptose sezernieren tote Neuronen chemische Signale, die an Mikrogliazellen binden und diese dazu bringen, schädliche Ablagerungen aus dem umgebenden Nervengewebe zu verschlingen. Mikroglia und das Komplementsystem werden auch mit der synaptischen Beschneidung in Verbindung gebracht, da ihre Sekretion von Zytokinen, Wachstumsfaktoren und anderen Komplementen alle dazu beitragen, veraltete Synapsen zu entfernen.

Astrozyten sind eine weitere Art von Gliazellen, die unter anderem den Eintritt von Immunzellen in das ZNS über die Blut-Hirn-Schranke (BBB) modulieren . Astrozyten setzen auch verschiedene Zytokine und Neurotrophine frei , die den Eintritt von Immunzellen in das ZNS ermöglichen; Diese rekrutierten Immunzellen greifen sowohl Krankheitserreger als auch geschädigtes Nervengewebe an.

Reflexe

Rückzugsreflex

Rückzugsreflex

Der Rückzugsreflex ist ein Reflex, der einen Organismus vor schädlichen Reizen schützt. Dieser Reflex tritt auf, wenn schädliche Reize Nozizeptoren aktivieren , die ein Aktionspotential an Nerven in der Wirbelsäule senden , die dann die Effektormuskeln innervieren und einen plötzlichen Ruck verursachen, um den Organismus von den gefährlichen Reizen wegzubewegen. Der Entzugsreflex betrifft sowohl das Nerven- als auch das Immunsystem. Wenn das Aktionspotential durch das Spinalnervennetzwerk zurück wandert, wandert ein weiterer Impuls zu peripheren sensorischen Neuronen, die Aminosäuren und Neuropeptide wie das Calcitonin-Gen-Related Peptide (CGRP) und die Substanz P sezernieren . Diese Chemikalien wirken, indem sie die Rötung, das Anschwellen von geschädigtem Gewebe und die Anheftung von Immunzellen an das Endothelgewebe verstärken , wodurch die Durchlässigkeit von Immunzellen durch die Kapillaren erhöht wird .

Reflexreaktion auf Krankheitserreger und Toxine

Neuroimmune Wechselwirkungen treten auch auf, wenn Krankheitserreger , Allergene oder Toxine in einen Organismus eindringen. Der Vagusnerv verbindet sich mit dem Darm und den Atemwegen und entlockt dem Hirnstamm als Reaktion auf den Nachweis von Toxinen und Krankheitserregern Nervenimpulse . Dieser elektrische Impuls, der vom Hirnstamm nach unten wandert, wandert zu den Schleimhautzellen und stimuliert die Schleimsekretion; Dieser Impuls kann auch einen Auswurf des Toxins durch Muskelkontraktionen verursachen, die Erbrechen oder Durchfall verursachen.

Reflexreaktion auf Parasiten

Das Neuroimmunsystem ist an Reflexen beteiligt, die mit parasitären Invasionen von Wirten verbunden sind. Nozizeptoren werden auch mit den Reflexen des Körpers auf Krankheitserreger in Verbindung gebracht, da sie sich an strategischen Stellen wie Atemwegen und Darmgewebe befinden, um Muskelkontraktionen auszulösen, die Kratzen, Erbrechen und Husten verursachen. Diese Reflexe sind alle darauf ausgelegt, Krankheitserreger aus dem Körper auszustoßen. Kratzen wird zum Beispiel durch Pruritogene induziert, die Nozizeptoren auf epidermalem Gewebe stimulieren. Diese Pruritogene, wie Histamin , bewirken auch, dass andere Immunzellen weitere Pruritogene absondern, um mehr Juckreiz zu verursachen, um parasitäre Eindringlinge physisch zu entfernen. Bei Darm- und Bronchialparasiten können Erbrechen, Husten und Durchfall auch durch Nozizeptorstimulation in infizierten Geweben und Nervenimpulse aus dem Hirnstamm verursacht werden , die die jeweilige glatte Muskulatur innervieren .

Eosinophile als Reaktion auf Capsaicin können eine weitere sensorische Sensibilisierung des Moleküls auslösen. Patienten mit chronischem Husten haben auch bei ausgeschiedenen Erregern einen verstärkten Hustenreflex auf Krankheitserreger. In beiden Fällen führt die Freisetzung von Eosinophilen und anderen Immunmolekülen zu einer Hypersensibilisierung sensorischer Neuronen in den Bronchien, die zu verstärkten Symptomen führt. Es wurde auch berichtet, dass eine erhöhte Immunzellsekretion von Neurotrophinen als Reaktion auf Schadstoffe und Reizstoffe das periphere Nervennetzwerk in den Atemwegen umstrukturieren kann, um einen stärker vorbereiteten Zustand für sensorische Neuronen zu ermöglichen.

Klinische Bedeutung

Es wurde gezeigt, dass längerer psychischer Stress mit einem erhöhten Infektionsrisiko durch virale Atemwegsinfektionen verbunden sein könnte. Tierexperimentelle Studien zeigen, dass psychischer Stress den Glukokortikoidspiegel und schließlich die Anfälligkeit für Streptokokken-Hautinfektionen erhöht.

Bei der Alzheimer-Krankheit spielt das Neuroimmunsystem eine Rolle . Insbesondere können Mikroglia schützend wirken, indem sie die Phagozytose und die Entfernung von Amyloid-β (Aβ)-Ablagerungen fördern , aber auch mit fortschreitender Krankheit dysfunktional werden, Neurotoxine produzieren , die Beseitigung von Aβ-Ablagerungen beenden und Zytokine produzieren , die die Aβ-Ablagerung weiter fördern. Es wurde gezeigt, dass Amyloid-β bei der Alzheimer-Krankheit Mikroglia und andere Monozyten direkt aktiviert, um Neurotoxine zu produzieren .

Astrozyten wurden auch mit Multipler Sklerose (MS) in Verbindung gebracht. Astrozyten sind für die Demyelinisierung und die mit der Krankheit verbundene Zerstörung von Oligodendrozyten verantwortlich . Dieser demyelinisierende Effekt ist das Ergebnis der Sekretion von Zytokinen und Matrix-Metalloproteinasen (MMP) aus aktivierten Astrozytenzellen auf benachbarte Neuronen. Astrozyten, die in einem aktivierten Zustand verbleiben, bilden Glianarben, die auch die Remyelinisierung von Neuronen verhindern, da sie ein physikalisches Hindernis für Oligodendrozyten-Vorläuferzellen (OPCs) darstellen.

Das Neuroimmunsystem ist auch an Asthma und chronischem Husten beteiligt , da beide auf den hypersensibilisierten Zustand sensorischer Neuronen aufgrund der Freisetzung von Immunmolekülen und positiver Rückkopplungsmechanismen zurückzuführen sind.

Präklinische und klinische Studien haben gezeigt, dass zelluläre (Mikroglia/Makrophagen, Leukozyten, Astrozyten und Mastzellen usw.) und molekulare Neuroimmunreaktionen zu einer sekundären Hirnschädigung nach intrazerebraler Blutung beitragen.

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links