Різноманітна роль прокінетицинів і рецепторів прокінетицину в нейрозапальних процесах. Частина 1

Анотація:

Прокінетики — це новий клас хемокіноподібних пептидів, які беруть участь у широкому діапазоні біологічних і патологічних активностей. Зокрема, прокінетицин 2 (PK2), прокінетициновий рецептор 1 (PKR1) і прокінетициновий рецептор 2 (PKR2) відіграють центральну роль у модулюванні нейрозапальних процесів.

Динамін - це білок, який відіграє важливу роль у мозку. В останні роки вчені все більше уваги приділяють взаємозв'язку між динаміном і пам'яттю. Дослідження показали, що динамін необхідний для сприяння зв’язкам і передачі інформації між нейронами в мозку, що робить його ключем до покращення пам’яті.

Коли люди вивчають щось нове, нейрони в мозку повинні встановлювати зв’язки з іншими нейронами та постійно зміцнювати ці зв’язки, щоб сформувати довготривалу пам’ять. Це вимагає великої кількості динаміку для підтримки передачі інформації та зв’язків між нейронами. Таким чином, дослідники виявили, що динамін може значно підвищити рівень нейромедіаторів, пов’язаних з пам’яттю, таким чином активуючи клітини мозку та значно покращуючи пам’ять.

Крім того, дослідження показали, що довготривала пам'ять сильно залежить від накопичення динаміну. Коли ми думаємо про щось і переглядаємо його неодноразово, динамін виділяється у великих кількостях, тим самим зміцнюючи зв’язок між нейронами та оптимізуючи передачу інформації, що також значно покращить рівень нашої пам’яті. Тому, якщо ми хочемо мати кращу пам’ять, ми повинні наполегливо вчитися та повторювати неодноразово, щоб сприяти мисленню та постійній активації клітин мозку, тим самим сприяючи секреції динаміну.

Загалом динамін відіграє важливу роль у покращенні пам’яті. Дослідження вчених не лише нагадують нам звернути увагу на вплив цього білка на інтелект і пам’ять, але також закликають нас активно вивчати та неодноразово переглядати, щоб сприяти секреції цього білка, тим самим покращуючи життєву силу нашого мозку та рівень інтелекту. Зрештою, ми віримо, що наполеглива праця та позитивне мислення неодмінно дозволять нам постійно прогресувати та ставати кращими. Можна побачити, що нам потрібно покращити нашу пам’ять, і цистанхе може значно покращити пам’ять, оскільки цистанхе є традиційним китайським лікарським матеріалом із багатьма унікальними ефектами, одним із яких є покращення пам’яті. Ефективність цистанчі полягає в його різноманітних активних інгредієнтах, включаючи дубильну кислоту, полісахариди, флавоноїдні глікозиди тощо. Ці інгредієнти можуть сприяти здоров’ю мозку різними способами.

Клацніть дізнатися про 10 способів покращити пам’ять

PK2 і PKR, які фізіологічно експресуються на дуже низьких рівнях, сильно посилюються під час запалення та регулюють взаємодію між нейронами та гліями. PKR2 в основному надмірно експресується в нейронах, тоді як PKR1 і PK2 в основному надмірно експресуються в астроцитах.

Коли PK2 вивільняється в запаленій тканині, він бере участь як у вроджених, так і в адаптивних реакціях: він запускає залучення макрофагів, виробництво прозапальних цитокінів і зниження протизапальних цитокінів.

Крім того, він модулює функцію Т-клітин через активацію PKR1 і спрямовує їх до протизапального фенотипу Th1.

Оскільки система прокінетицину, як видається, активізується після серії патологічних інсультів, що призводять до нейрозапалення, ми зосередимося тут на участі PK2 і PKR у тих патологіях, які мають сильний запальний компонент, як-от запальний і невропатичний біль, хвороба Альцгеймера, хвороба Паркінсона, розсіяний склероз, інсульт, ожиріння, діабет і запалення шлунково-кишкового тракту.

Ключові слова: нейрозапалення; прокінетики; GPCR; гематоенцефалічний бар'єр.

1. Вступ

Центральну нервову систему (ЦНС) завжди вважали зоною, захищеною від запальних процесів завдяки наявності гематоенцефалічного бар'єру (ГЕБ).

Вважалося, що запалення може бути спричинене лише розривом цього з подальшим проникненням імунних клітин. Нещодавно було показано, що запалення ЦНС є набагато складнішим процесом, який називається «нейрозапаленням».

Цей термін вказує на активацію мікроглії, астроцитів, нейронів і ендотеліальних клітин, які індукують зміну проникності ГЕБ. Це призводить до збільшення лейкоцитарної інфільтрації в мозку, збільшення секреції прозапальних цитокінів і хемокінів і, зрештою, пошкодження нейронів і смерті [1].

Нейрозапалення відіграє центральну роль у розвитку та прогресуванні багатьох нейродегенеративних захворювань, таких як хвороба Паркінсона, психічні та поведінкові розлади, розсіяний склероз і хвороба Альцгеймера.

Під час нейрозапалення три основні процеси, що відбуваються, представлені ослабленням синапсів, пригніченням нейрогенезу та загибеллю нейронів, активно беруть участь у тих, хто зараз вважається основними акторами нейрозапалення: нейронах, мікроглії та астроцитах.

Дійсно, було остаточно встановлено, що нейрони, які традиційно вважаються пасивними спостерігачами під час нейрозапалення, здатні виробляти різноманітні медіатори, такі як простаноїди, цитокіни (такі як IL-1, IL-6 та TNF- ), та індуцибельні ферменти (iNOS) [2].

Крім того, мікроглія є центральним гравцем у нейрозапаленні та взаємодіє з іншими типами клітин, які регулюють нейродегенерацію. Залежно від набутого фенотипу мікрогліальні клітини можуть відігравати позитивну або негативну роль у виживанні нейронів.

Запальна мікроглія демонструє фенотип М1 і стимулює активацію астроцитів, пошкодження нейронів, активацію Т-клітин і руйнування ГЕБ, усі ефекти, які сприяють нейрозапаленню та подальшій втраті нейронів. І навпаки, мікроглія, що має протизапальний фенотип M2-типу, послаблює запалення та нейротоксичні ефекти, спричинені мікроглією M1-типу, підтримуючи виживання нейронів, обмежуючи пошкодження бар’єру та сприяючи відновленню пошкодженої тканини [3].

Нарешті, в гомеостатичних умовах було продемонстровано, що астроцити відіграють роль у кількох найважливіших біологічних процесах. Вони підтримують ендотеліальні клітини BBB, допомагають підтримувати іонний баланс і рН, сприяють синаптогенезу, модулюють обробку інформації та трансдукцію сигналів, регулюють синаптичну та нейронну пластичність, доставляють поживні речовини до нейрогліальних клітин, а також підтримують збудливість і зв’язок нейронної мережі [4].

І навпаки, під час нейрозапалення астроцити активуються після стимуляції прозапальними медіаторами, які, залежно від набутого фенотипу, можуть впливати на будь-який із цих високорегульованих процесів. У спричиненому LPS нейрозапальному астроцити набувають нейротоксичного фенотипу A1, втрачаючи нормальну функцію, наприклад здатність індукувати утворення синапсів.

Інші ушкодження, такі як ішемія, можуть спонукати захисні A2-реактивні астроцити до секреції нейрозахисних молекул, які сприяють відновленню та репарації ЦНС. Важливо те, що останні дослідження аналізу транскриптомів продемонстрували, що реактивні астроцити можуть демонструвати градієнт фенотипів, подібний до активованої мікроглії та Т-лімфоцитів.

Таким чином, неможливо чітко розрізнити два раніше встановлені стани активації (A1 проти A2) [5]. Прокінетики належать до сімейства малих секреторних білків, які є висококонсервативними в еволюції від безхребетних до людини.

Першим представником цієї родини, який було виділено, був нетоксичний компонент отрути чорної змії мамби під назвою Mamba Intestinal Toxin1 (MIT-1), оскільки він викликав скорочення клубової кишки морської свинки [6]. У ті ж роки з шкірних виділень жаби Bombinavariegata був виділений невеликий білок з 77 амінокислот і названий Bv8 [6].

Пізніше було ідентифіковано два білки, подібні до Bv8- людини, які назвали прокінетицин 1 (PK1 або EG-VEGF) і прокінетицин 2 (PK2 або Bv8 ссавців) на основі їх здатності викликати скорочення клубової кишки морської свинки [6] . Ці білки мають деякі спільні структурні особливості: амінокінцевий сегмент пептиду AVITGA, важливий для біологічної активності та розпізнавання рецепторів, десять залишків цистеїну, що утворюють п’ять дисульфідних містків, і залишок триптофану в положенні 24, необхідний для зв’язування з прокінетичними рецепторами [7,8].

Це два споріднених G-білкових рецептора (PKR1 і PKR2), які зв’язують PK1 і PK2 з однаковою афінністю. Рецептори прокінетицину з’єднуються з Gas, Gai та/або Gaq після димеризації [9, 10] і індукують накопичення цАМФ, активацію позаклітинних сигнально-регульованих кіназ (ERK) і протеїнкінази B (AKT) і вивільнення кальцію [11].

PK2, що утворюється шляхом альтернативного сплайсингу гена pk2, є зміщеним лігандом рецепторів прокінетицину: справді, він переважно зв’язує PKR1, індукуючи Gas та Gaq, а не Gai з’єднання [12,13].

PKR широко поширені по всьому тілу: PKR1 в основному експресується в периферичних тканинах, включаючи залози внутрішньої секреції та органи репродуктивної системи, селезінку, шлунково-кишковий тракт, серце, легені та клітини імунної системи (наприклад, нейтрофіли та макрофаги). У ЦНС, в той час як PKR2 широко експресується [14], PKR1 присутній лише в деяких ділянках мозку [15].

PKR також експресуються в ендотеліальних клітинах, де вони модулюють неоваскуляризацію (PKR1) і фенестрацію (PKR2) у дорослих тварин, сприяючи ангіогенезу та проникності судин [16]. Система прокінетицину бере участь у широкому спектрі біологічних функцій: нейрогенез [14], циркадні ритми [17], виживання кардіоміоцитів [18], кровотворення та регуляція імунної відповіді [18].

Крім того, прокінетики та їх рецептори пов’язані із захворюваннями різних тканин: раком товстої кишки, яєчок та передміхурової залози, синдромом полікістозних яєчників (СПКЯ) [19–21] та вродженими захворюваннями (синдром Калмана та хвороба Гіршпрунга) [22,23].

На основі великої кількості даних, зібраних за останні двадцять років, можна класифікувати прокінетики як хемокіни. Як і хемокіни, прокінетики є невеликими пептидами масою 8–10 кДа, які є основними, містять залишки цистеїну та діють як потужні хемотаксичні фактори [18]. PK2, що виділяється в запаленій перитонеальній тканині, запускає рекрутинг макрофагів, продукцію прозапальних цитокінів і зниження протизапальних цитокінів через активацію PKR1 [24].

PK2 також індукує міграцію астроцитів, що пов'язано з поступовим зсувом астроцитарного фенотипу A2 [25]. Було показано, що PK2 регулює механізм передачі сигналів між нейронами та астроцитами, індукуючи фосфорилювання перетворювача сигналу та активатора транскрипції 3 (STAT3) після субарахноїдального крововиливу, таким чином діючи як анендогенний механізм для самовідновлення [26].

Рецептори прокінетицину експресуються в багатьох тканинах і можуть з’єднувати різні білки G, викликаючи надзвичайну варіабельність відповідей. З цієї причини порушення регуляції в системі прокінетицину може призвести до запальних і нейрозапальних станів, як повідомлялося в кількох дослідженнях.

Цей огляд має на меті описати систему прокінетицину при нейрозапальних станах, таких як запальний і невропатичний біль, хвороба Альцгеймера, хвороба Паркінсона, розсіяний склероз, інсульт, ожиріння, діабет і запалення шлунково-кишкового тракту.

2. Запальний і невропатичний біль

Запальний біль характеризується вивільненням різних медіаторів запалення, таких як цитокіни та хемокіни, з пошкоджених або запалених тканин і самих ноцицептивних нейронів, що викликає гіперчутливість як у місці пошкодження, так і в прилеглих тканинах 27.

На тваринній моделі запального болю, спричиненого введенням повного ад’юванта Фрейнда (CFA) у лапу миші, було показано, що розвиток і тривалість запального болю корелюють у часі з рівнями експресії PK2 у запалених тканинах і що нейтрофільні гранулоцити є основне джерело PK2 [14,28] Гранулоцитарний колонієстимулюючий фактор (G-CSF), через активацію STAT3, головним чином відповідає за надмірну експресію PK2 у нейтрофілах, що проникають у запалену тканину [29]. PK2, що виділяється в запаленій тканині, викликає вроджену та адаптовану імунну відповідь. Вроджена реакція індукує залучення макрофагів, вироблення прозапальних цитокінів1L-1 і lL-12, а також зниження протизапальних цитокінів (lL-10)[14,28] . Адаптаційна відповідь модулює продукцію цитокінів у Т-клітинах, які мають прозапальний фенотип Th1 [14,28]. PK2, що виділяється, також регулює ангіогенез і проникність судин [16,18,19] і індукує внутрішньоклітинну мобілізацію Ca?+, транслокацію PKCe та активацію TRPV1 14,28], TRPA1 [30], сенсибілізацію каналів P2X [3l] та пригнічення GABAa-активованих струмів (32).

На центральному рівні система прокінетицину модулює біль, збільшуючи вивільнення ГАМК у періакведуктальному сірому (PAG), тим самим збільшуючи активність On-клітин і знижуючи активність Off-клітин у ростральному вентральному мозку (RVM) і [14, 28].

Крім того, PK2 погіршує сприйняття болю, пригнічуючи вивільнення енцефалінів із нейронів у area postrema (AP), циркумвентрикулярному органі, багатому на PKR2 і позбавленому BBB [33]. Нейропатичний біль — це різновид хронічного болю, що призводить до інвалідизації внаслідок пошкодження або дисфункції периферичної або центральної нервової системи. Він характеризується гіперсенсибілізацією нейронів і аномальним сприйняттям болю (аллодінія та гіпералгезія).

Лікування наразі складне, оскільки механізми, що лежать в основі, не повністю вивчені, хоча участь прозапальних цитокінів і хемокінів стає все більш очевидною.

У тваринних моделях нейропатичного болю, спричиненого пошкодженням сідничного нерва [пошкодження втраченого нерва (SNl) і хронічне пошкодження звуження (CCl), пошкодження нерва призводить до тактильної аллодінії та теплової гіпералгезії з підвищенням активності рецепторів PK2 і PKR2 в основних станціях У передачі болю беруть участь: сідничний нерв, ганглії дорсальних корінців (ДРК і дорсальні роги спинного мозку [14,28].

PK2, яка зазвичай відсутня в сідничному нерві, починає експресуватися вже через 3 дні після пошкодження в активованих клітинах Шванна та інфільтруючих макрофагах.

Згодом ця надмірна експресія поширюється на DRG та спинний мозок з інтервалом у 10 днів після травми. У DRG PK2 виявляється в нейронах і сателітних клітинах, тоді як у спинному мозку він спостерігається в активованих астроцитах 14,28PK2 зберігається в цитоплазматичних везикулах і після вивільнення в синапс шляхом екзоцитозу активує рецептори PKR2 на постсинаптичному рівні [ 14,28].

Після пошкодження периферичного нерва PKR2 також надмірно експресується в сідничному нерві, DRG і спинному мозку, тоді як PKR1 має надмірну експресію, обмежену нервом [14,28]. Тоді нейропатія, спричинена пошкодженням периферичного сідничного нерва, призводить до підвищення проникності як «гематогенного бар’єру» (ГНБ), так і «гематоспинномозкового бар’єру» (ГСМ) протягом 24–48 годин [34]. Селективний антагоніст PKR PC1 також здатний знижувати проникність BSCB; справді, як показано за допомогою аналізу Blue Evans (рис. 1), ексудація, спричинена SNI, значно зменшується в спинному мозку лише через 2 дні підшкірного лікування PC1 [35] і дорсальних рогах спинного мозку [14, 28]. PK2, яка зазвичай відсутня в сідничному нерві, починає експресуватися вже через 3 дні після пошкодження в активованих клітинах Шванна та інфільтруючих макрофагах. Згодом ця надлишкова експресія поширюється на DRG і спинний мозок з інтервалом у 10 днів після травми. У DRG PK2 виявляється в нейронах і сателітних клітинах, тоді як у спинному мозку він спостерігається в активованих астроцитах [14,28]. PK2 зберігається в цитоплазматичних везикулах і після вивільнення в синапс шляхом екзоцитозу активує рецептори PKR2 у постсинаптичних клітинах. Після пошкодження периферичного нерва PKR2 також надмірно експресується в сідничному нерві, DRG і спинному мозку, тоді як PKR1 має надмірну експресію, обмежену нервом [14,28].

Тоді нейропатія, спричинена пошкодженням периферичного сідничного нерва, призводить до підвищення проникності як «гематогенного бар’єру» (ГНБ), так і «гематоспинномозкового бар’єру» (ГСМ) протягом 24–48 годин [34].

Селективний антагоніст PKR PC1 також здатний знижувати проникність BSCB; справді, як показав аналіз Blue Evans (рис. 1), ексудація, індукована SNI, значно зменшується в спинному мозку лише через 2 дні підшкірного лікування PC1 [35].

Больова нейропатія є критичним побічним ефектом багатьох хіміотерапевтичних засобів. У мишей, яким внутрішньоочеревинно вводили бортезоміб [36] або вінкристин [37], розвивається аллодінія та гіпералгезія, що корелює з сильною активацією прокінетичної системи, активацією макрофагів і гліальних маркерів, а також стійким надлишковим виробництвом цитокінів у сідничному нерві, DRG і спинному мозку.

Крім того, in vitro в нейронах DRG було показано, що використання PKRsantagonist PCl запобігає нейротоксичним ефектам хіміотерапевтичних засобів, що впливають на зменшення загальної довжини нейритів, викликане бортезомібом і вінкристином [38].

In vivo субхронічне введення PCl у мишей, які піддавалися різним моделям нейропатії, зменшує як теплову гіпералгезію, так і механічну та тактильну аллодінію шляхом зменшення надмірної експресії PK2 у різних больових станціях, відновлення фізіологічних рівнів про- та протизапальних цитокінів як на периферії, так і на периферії. і спинного мозку, а також зменшення спінальної гліальної активації [35,36]. Ці результати вказують на те, що система прокінетицину представляє там новий потенціал. Кельтські мішені для боротьби з периферичною нейропатією.

3. Неврологічні захворювання

Кілька неврологічних захворювань, таких як хвороба Альцгеймера (БА), хвороба Паркінсона (ХП), розсіяний склероз (РС) та інсульт були пов’язані з перебільшеним нейрозапальним компонентом [1,2].

Рівні експресії PK2 можуть підвищуватися рядом запальних і патологічних ушкоджень, таких як b-амілоїд, активні форми кисню та гіпоксія, які беруть участь у прогресуванні захворювань.

3.1. Хвороба Альцгеймера

Хвороба Альцгеймера (ХА) характеризується запальною відповіддю як на рівні паренхіми головного мозку, так і на рівні ГЕБ, яка слідує за відкладенням А і посилюється в міру прогресування захворювання [39].

Серед прозапальних сигнальних молекул, що вивільняються астроцитами та мікроглією при AD, велика кількість даних свідчить про те, що хемокіни інтенсивно виробляються у пацієнтів з AD, і ці системи хемокінів беруть участь в імунній відповіді в мозку AD [40,41].

Крім того, повідомлялося про зміни в експресії хемокінових рецепторів на циркулюючих білих кров’яних клітинах у пацієнтів з AD, що свідчить про вплив прозапального середовища захворювання [42]. Прокінетична система, що включає новий хемокін PK2 та його рецептори PKR1 і PKR2 , бере участь у патогенезі AD.

Було виявлено, що PK2 може діяти як медіатор пошкодження мозку і що він відіграє вирішальну роль у амілоїд-індукованій смерті нейронів [43]. Дійсно, A 1–42 підвищує рівні мРНК і білка PK2/PKR in vitro в первинних кортикальних нейронах (CN), а небілковий антагоніст PKR PC1 захищає CN від нейротоксичності, спричиненої A 1–42-, залежно від дози. шляхом зменшення надмірної експресії PK2.

Крім того, використання PC1 запобігає погіршенню довгострокової потенціації (LTP) у гіпокампі мишей Tg2576 (TG, трансгенна мишача модель AD) порівняно з контрольними мишами дикого типу (WT), а також зменшує струми AMPA [43] .

Та сама група показала in vivo, що в нетрансгенній тваринній моделі хвороби Альцгеймера, спричиненої інтрацеребровентрикулярним (icv) введенням A 1–42 у щурів, прокінетична система сильно активується в нейронах і астроцитах гіпокампу [43] і фармакологічна блокада рецептори прокінетицину з PC1 захищають від індукованого A 1–42 когнітивного дефіциту шляхом зменшення надмірної експресії PK2 і PKR.

Подальша ідентифікація варіанта сплайсингу PKR2 TM 4–7 у гіпокампі щурів призвела до доказів того, що ця ізоформа PKR2 надмірно експресується при AD і бере участь у прогресуванні захворювання [44].

Дослідження було розширено на патологію людини з використанням зразків тканини мозку людини, отриманих посмертно з клінічно добре задокументованих і невропатологічно підтверджених випадків AD. Дослідження показало, що рівні експресії PK2 у гіпокампі пацієнтів з AD значно вищі, ніж у когнітивно нормальних контрольних суб’єктів.

Цікаво, що пацієнти з AD також мають статистично вищі рівні PK2 у сироватці крові, ніж здорові люди, що свідчить про те, що PK2 є важливим потенційним біомаркером AD [43].

For more information:1950477648mnn@gmail.com