Obwody i mózg, wrodzona i nabyta odporność w chorobie Parkinsona, część 1

Abstrakcyjny

Choroba Parkinsona (PD) jest zaburzeniem neurodegeneracyjnym, w którym alfa-synukleina odgrywa główną rolę w śmierci i dysfunkcji neuronów, zarówno w ośrodkowym, jak i obwodowym układzie nerwowym.

Poza zdarzeniami neuronalnymi obserwowanymi u pacjentów, PD obejmuje również istotny komponent immunologiczny. Sugeruje się, że odpowiedź immunologiczna związana z PD będzie miała wpływ na zdrowie neuronów, otwierając w ten sposób immunomodulację jako potencjalną strategię terapeutyczną w PD. Zmiany immunologiczne podczas choroby zachodzą w mózgu, obejmując mikroglej, ale także na obwodzie, wraz ze zmianami w komórkach wrodzonego układu odpornościowego, zwłaszcza monocytach, a także w komórkach odporności nabytej, takich jak limfocyty T. Ta świadomość wynika z wielu badań pacjentów, ale także z danych uzyskanych na modelach zwierzęcych choroby, dostarczających mocnych dowodów na przenikanie się wrodzonego i nabytego układu odpornościowego w ośrodkowym układzie nerwowym i na obwodzie w PD.

Tutaj dokonujemy przeglądu danych pokazujących, że alfa-synukleina odgrywa kluczową rolę w aktywacji wrodzonego i adaptacyjnego układu odpornościowego. Opiszemy również badania sugerujące, że zapalenie w PD obejmuje wczesne zmiany we wrodzonych i nabytych komórkach odpornościowych, które rozwijają się dynamicznie w czasie choroby, przyczyniając się do degeneracji neuronów i symptomatologii u pacjentów. To nowatorskie finansowanie przyczyniło się do zdefiniowania PD jako choroby wieloukładowej, do której należy podchodzić w sposób bardziej integracyjny niż klasyczne podejście skoncentrowane na mózgu.

Związek między adaptacyjnym układem odpornościowym a układem odpornościowym wzajemnie się wzmacnia. Adaptacyjny układ odpornościowy wymaga, aby układ odpornościowy zapewniał odpowiednią ochronę przed inwazją patogenów, ale wymaga również pomocy układu odpornościowego, gdy produkcja przeciwciał jest niewystarczająca. Z drugiej strony układ odpornościowy wymaga adaptacyjnego układu odpornościowego do rozpoznawania i atakowania złożonych patogenów. Oba uzupełniają się nawzajem, aby utrzymać normalne funkcjonowanie układu odpornościowego organizmu. Oprócz tego musimy również poprawić naszą odporność. Cistanche może znacznie poprawić odporność. Popiół mięsny zawiera różne biologicznie aktywne składniki, takie jak polisacharydy, dwa grzyby i Huangli itp. Składniki te mogą stymulować różne funkcje układu odpornościowego. Komórki podobne do komórek zwiększają swoją aktywność immunologiczną w celu zwiększenia odporności.

Kliknij zalety Cistanche Tubulosa

Słowa kluczowe

Alfa-synukleina · Parkinson · Mikroglej · Monocyt · Komórka T · Zapalenie nerwów.

Wstęp

Choroba Parkinsona (PD) charakteryzuje się znaczną utratą neuronów dopaminergicznych w istocie czarnej (SN) i wewnątrzneuronalną agregacją alfa-synukleiny (-syn) w ciałach Lewy'ego. W ciągu ostatniej dekady badania nad rolą układu odpornościowego w PD nabrały rozpędu. Z badań przeprowadzonych na ludzkich mózgach i płynach biologicznych (CSF i surowica), jak również na zwierzęcych modelach choroby Parkinsona, wysunięto wiele dowodów potwierdzających występowanie przewlekłego stanu zapalnego. Społeczność naukowa sugeruje obecnie, że składnik immunologiczny w PD pojawia się wcześnie i zmienia się dynamicznie wraz z postępem choroby, przyczyniając się do degeneracji neuronów i symptomatologii u pacjentów.

Ponadto badania wykazały, że zarówno mózg, jak i obwodowe komórki odpornościowe są zaangażowane w to zapalenie, w którym aktywowany jest wrodzony i nabyty układ odpornościowy. To nowe zrozumienie przyczyniło się do zdefiniowania PD jako choroby wieloukładowej, do której należy podchodzić w sposób bardziej integracyjny niż klasyczne podejście skoncentrowane na mózgu. W niniejszym przeglądzie przyjrzymy się najistotniejszym wynikom badań uzyskanych w ciągu ostatniej dekady, dotyczących układu odpornościowego w chorobie Parkinsona, ze szczególnym uwzględnieniem roli -syn.

Mikroglejoza w chorobie Parkinsona i wczesne objawy zapalenia nerwów

Obecność aktywacji mikrogleju (tj. wzrost liczby i/lub zmiany w morfologii i ekspresji białek) w mózgach pacjentów z PD wykazano w badaniach histopatologicznych tkanki pośmiertnej [74]. W wielu badaniach odnotowano wzrost cytokin w mózgu i płynie mózgowo-rdzeniowym, co wskazuje na profil prozapalny i przewlekły stan zapalny w PD [102]. Wstępnie zaproponowana hipoteza sugerowała, że ​​mikroglej odpowiada na śmierć neuronów, a późniejsza aktywacja immunologiczna jest szkodliwa dla neuronów, które przeżyły. W związku z tym liczne badania potwierdziły zdolność neurotoksyczną nadmiernie aktywowanych komórek odpornościowych i cytokin prozapalnych (przegląd w [149]). Tak więc jest prawdopodobne, że śmierć neuronów w PD jest, przynajmniej częściowo, spowodowana prozapalną aktywacją immunologiczną.

Nie wiadomo jednak, czy jest to brak zdolności przeciwzapalnych (utrata funkcji), czy też nabyta aktywność prozapalna (wzmocnienie funkcji). To, jak wcześnie pojawia się choroba, było bardzo kontrowersyjnym czynnikiem w poprzednich latach i przedmiotem badań wielu laboratoriów. W rezultacie podłużna charakterystyka modeli PD i obszerna analiza ludzkiej tkanki mózgowej PD wykazały, że mikroglejoza występowała przed śmiercią komórki lub nawet w jej nieobecności [149]. W związku z tym mikroglejoza została zaobserwowana w mózgach pośmiertnych pacjentów z PD w obszarach, w których śmierć neuronów nie została znacząco stwierdzona [90], co zostało również potwierdzone przez obrazowanie PET in vivo [61, 132] przy użyciu PK11195, liganda obwodowego receptora benzodiazepinowego/ TSPO (regulowany w górę na aktywowanym mikrogleju i innych komórkach związanych z odpornością).

Ponadto modele zwierzęce PD wykazały, że odpowiedź mikrogleju poprzedza utratę neuronów, co dodatkowo sugeruje, że odpowiedź immunologiczna pojawia się wcześnie, gdy neurony zaczynają się degenerować, co wpływa na przekaźnictwo nerwowe i inne funkcje [149]. Jest to możliwe, ponieważ mikroglej wyraża receptory, które rozpoznają białka pochodzenia neuronalnego, takie jak neuroprzekaźniki. Ponadto wiadomo, że „homeostatyczny stan mikrogleju” jest stanem aktywnym, osiąganym przez neuronalną ekspresję cząsteczek świadczących o „zdrowym” stanie [11]. Może się to zmienić, gdy funkcja neuronów jest upośledzona w PD, w konsekwencji aktywując mikroglej przed śmiercią komórek neuronalnych. Ta wczesna aktywacja była wielokrotnie pokazywana w kilku modelach PD, zarówno u gryzoni, jak i u naczelnych (patrz poniżej).

Dodatkowo, dane uzyskane od pacjentów z zaburzeniami zachowania podczas snu REM (RBD) – uważanych za osoby o wysokim ryzyku rozwoju PD, a zatem domniemanego prodromalnego PD [14] – pokazują, że mikroglejoza pojawia się na wiele lat przed możliwą diagnozą PD [164]. Dlatego odpowiedź mikrogleju pojawia się wcześnie w PD i może przyczyniać się do progresji choroby. To, czy odpowiedź immunologiczna jest szkodliwa w każdym ze stadiów choroby (prodromalnej, wczesnej i późnej) oraz czy odgrywa rolę w początku choroby i etiologii, nie zostało jeszcze określone.

‑synukleina jako inicjator odpowiedzi immunologicznej

Aktywacja mikrogleju jest wczesnym zdarzeniem w PD, ponieważ wykrywają one wczesne oznaki dysfunkcji lub dysfunkcji neuronów i odpowiednio reagują. Wśród tych sygnałów mikroglej może dostrzegać zmiany w strukturze endogennych białek, takich jak -syn, gdzie jego fibrylacja i rozwój antygenowy mogą zainicjować sterylną odpowiedź, działając jako wzorzec molekularny związany z uszkodzeniem (DAMP) (bardziej szczegółowy przegląd odsyłamy do czytelnik do [51]).

Zdolność zapalna -syn została po raz pierwszy zasugerowana w przełomowej pracy z laboratorium Zhanga [194] i zespołu Federof-Maguire-Zeissa [165]. Takie odkrycia stały się szczególnie istotne, gdy opisano konstytutywne uwalnianie -syn przez neurony [109]. Ponadto spekuluje się, że całkowita ilość nieprawidłowo sfałdowanego -syn uwalnianego przez neurony będzie stopniowo wzrastać w miarę choroby. Będzie to miało bezpośrednie znaczenie dla odpowiedzi immunologicznej, ponieważ badania wykazały, że zdolność -syn do inicjowania odpowiedzi prozapalnej jest większa, gdy białko jest nieprawidłowo sfałdowane (fibryle lub oligomery) [84] lub pod wpływem mutacji związanych z PD [83 , 144] i może być nasilony przez zewnątrzkomórkowe pęcherzyki pochodzące z krwi pacjentów z PD [68].

Co istotne, rola -syn w aktywacji odporności wrodzonej jest prawdziwa zarówno dla komórek mikrogleju, jak i monocytów, jak wykazały badania -syn może aktywować komórki mieloidalne w mózgu i na obwodzie [103, 111].

Ta proponowana rola -syn jako DAMP zaowocowała mnóstwem prac badających interakcje różnych form -syn z różnymi białkami błonowymi wyrażanymi na mikrogleju (i innych komórkach mieloidalnych) (Tabela 1). Szczególnie istotne są receptory Toll-podobne (TLR) 2 i 4, które są regulowane w górę w monocytach i mikrogleju u pacjentów z PD [40, 41, 97], jako kluczowych graczy we wrodzonym procesie odpornościowym. Kilka laboratoriów wykazało in vivo i in vitro, że TLR2 rozpoznaje oligomeryczne lub fibrylarne formy -syn, co prowadzi do sygnałów prozapalnych, co dalej prowadzi do degeneracji i śmierci neuronów [34, 72, 97].

Niemniej jednak wydaje się, że TLR4 rozpoznaje wszystkie typy -syn (monomeryczne i fibrylarne) i chociaż inicjuje odpowiedź zapalną, promuje również usuwanie -syn, wspierając alternatywną lub ochronną rolę TLR4 [50]. W związku z tym sugerowano, że blokowanie TLR2 ma działanie neuroprotekcyjne, podczas gdy aktywacja lub nadekspresja TLR4 wywiera ochronę w modelach β-synukleinopatii u gryzoni [98, 176].

Wykazano również, że -syn oddziałuje z receptorem dopełniacza (CR)3 (integryna M2 lub CD11b/CD18) i CR4 (integryna X2 lub CD11c/CD18), o których wiadomo, że pośredniczą w fagocytozie mikrogleju. Zagregowany -syn oddziałuje z CD11b, prowadząc do aktywacji NOX2 i zwiększonej ilości rodników tlenowych u myszy [87, 180]. Nasze ostatnie badanie pokazuje, że chociaż ludzki -syn oddziałuje zarówno z ludzkim CR3, jak i CR4, CR4 wydaje się odgrywać specyficzną rolę w rozpoznawaniu form włóknistych.

Ponadto zmiany konformacyjne CR były istotne dla klirensu białka i tworzenia fagolizosomu [93], co sugeruje przeciwne role tych receptorów błonowych. Ponadto, mysie integryny CD11b (M2) i 1 zostały powiązane z chemotaksją i migracją mikrogleju indukowaną przez -syn [96, 180]. -syn oddziałuje również z CD36 [165] i razem z kinazą fyn (niereceptorową kinazą tyrozynową z rodziny Src), pośredniczy w wychwycie -syn i późniejszej aktywacji inflamasomu NLRP3 [133]. Wykazano, że aktywacja inflamasomu NLRP3 odgrywa ważną rolę w procesie neurodegeneracyjnym różnych modeli PD, ponieważ celowanie w jego aktywność jest neuroprotekcyjne w modelach gryzoni [65, 120]. Potwierdzają to również zmiany w IL-1 i NLRP3 u pacjentów z PD [29].

Dlatego oddziaływanie -syn z receptorami immunologicznymi jest definiowane przez typ -syn-, przyczyniając się do jego klirensu i równolegle do aktywacji immunologicznej. Zatem -syn indukuje aktywację kaskad wewnątrzkomórkowych, takich jak ERK i p38 MAPK, stymulację transkrypcji genu zależnej od NFκB oraz aktywację inflamasomu NLRP3, co prowadzi do indukcji sygnałów prozapalnych [38, 65, 72, 83, 97, 133].

W związku z tym badania nasze i innych wykazały, że pozakomórkowy -syn prowadzi do produkcji cytokin prozapalnych i stresu oksydacyjnego, co ostatecznie prowadzi do neurodegeneracji [65, 77, 78]. Uwaga dotycząca stężeń -syn stosowanych w większości badań, które są dalekie od fizjologicznych poziomów -syn zgłaszanych w płynach ludzkich [26] (dodatkowe omówienie patrz [51]). Ponadto, paradoksalnie, CSF-syn zmniejsza się u pacjentów z PD w porównaniu z osobami zdrowymi [26], chociaż oligomery lub nieprawidłowo sfałdowane wydają się zwiększać, podnosząc w ten sposób antygenowość [76].

Podobnie w tkance mózgowej, wysoka masa cząsteczkowa -syn zwiększa się w synukleinopatiach, a całkowite białko jest również zwiększone w MSA, chociaż nie znacząco w PD [173]. Dlatego aktywacja immunologiczna -syn może być związana z miejscowym zwiększonym nagromadzeniem nieprawidłowo sfałdowanego antygenu -syn w synapsach, a nie z ogólnym wzrostem białka.

Rola mikrogleju w anatomicznym rozprzestrzenianiu się patologii ‑synuklein

Sugeruje się, że patologia -syn może rozprzestrzeniać się anatomicznie, a może to nastąpić poprzez uwolnienie nieprawidłowo sfałdowanego -syn i jego późniejsze wychwyt przez wzajemnie połączoną zdrową komórkę, gdzie nieprawidłowo sfałdowany -syn może działać jako szablon i promować agregację. W tym kontekście mikroglej może również odgrywać kluczową rolę w postępie choroby poprzez autonomiczne mechanizmy niezwiązane z komórkami. Jak wspomniano, -syn uwalniany przez neurony aktywuje mikroglej, a to z kolei może dalej sprzyjać patologicznym modyfikacjom -syn.

Na przykład indukowana przez -syn aktywacja inflamasomu wywoła ekspresję kaspazy -1, co skutkuje obcięciem -syn [181].Ponadto aktywacja mikrogleju sprzyja stresowi oksydacyjnemu, który może indukować utlenianie lub nitrowanie -syn [55, 160]. Niedawne badania sugerują, że egzosomy wytwarzane przez mikroglej są również zaangażowane w to rozprzestrzenianie się, ponieważ mogą być źródłem oligomerycznego -syn i promotorów agregacji neuronalnej -syn [39]. Zatem -syn per se lub inne czynniki promujące aktywację mikrogleju (jako niepowiązane zdarzenia immunologiczne, patrz poniżej) przyczynią się do patologii -syn, dalej utrwalając chorobę.

Warto zauważyć, że mikroglej to komórki, które najlepiej usuwają zewnątrzkomórkowy -syn w mózgu, co powinno zapobiegać procesowi rozprzestrzeniania się/zasiewania [110]. Jednakże, gdy zwiększona i niekontrolowana zdolność klirensu mikrogleju może stać się toksyczna lub osłabiona i przyczynić się do degeneracji synaptycznej. Rzeczywiście, indukowana przez LPS aktywacja mikrogleju sprzyjała transferowi gospodarza-syn do przeszczepionych neuronów, potwierdzając szkodliwy wpływ jawnej aktywacji prozapalnej.

Jednak zubożenie mikrogleju zwiększyło transfer -syn między przeszczepionymi neuronami, potwierdzając znaczenie mikrogleju w klirensie -syn [60]. Kontrowersyjnie, inne badanie sugeruje coś przeciwnego, ponieważ w ich projekcie eksperymentalnym zubożenie mikrogleju zmniejszyło patologię neuronów -syn po śródmózgowych wstrzyknięciach włókienek -syn [39]. Te rozbieżności mogą wynikać z różnych stosowanych modeli i potrzeba więcej badań, aby zrozumieć rolę mikrogleju w patologii -syn i jej rozprzestrzenianiu się.

Degradacja -syn w mikrogleju obejmuje autofagię i klirens lizosomalny, który wydaje się być zależny od profilu aktywacji mikrogleju, typu -syn (nieprawidłowo sfałdowany, zmutowany…), a także obecności innych cząsteczek. Jak wspomniano, zmiany konformacyjne CR są wymagane do utworzenia fagolizosomu związanego z -syn [93]. Niektóre badania sugerują zwiększoną fagocytozę po aktywacji monomerycznym -syn [135], podczas gdy zmniejszają się po ekspozycji na włóknisty -syn [32, 190]. -syn wydaje się indukować uszkodzenie lizosomów i stres oksydacyjny [53].

W związku z tym niedawne prace sugerują, że fibrylarny, ale nie monomeryczny -syn prowadzi do uszkodzenia lizosomów, aw konsekwencji do niepowodzenia autofagii w mikrogleju, co skutkuje uszkodzeniem mitochondriów i śmiercią komórek mikrogleju [21]. Pomimo tego ostatniego aspektu, degeneracja i śmierć mikrogleju są słabo zbadane w PD.

Ryc. 1 Odpowiedź immunologiczna na neurodegenerację indukowaną alfa-synukleiną. Podczas choroby Parkinsona -synukleina (-syn) podlega modyfikacjom potranslacyjnym (fosforylacja, nitracja, obcięcie…), tworzy formy oligomeryczne, a na koniec nierozpuszczalne fibryle, które gromadzą się w neuronach w ciałach Lewy'ego. Proces ten prowadzi do dysfunkcji neuronów i ostatecznie do śmierci komórki. Neurony mogą uwalniać monomeryczne lub zmodyfikowane -syn do przestrzeni pozakomórkowej.

Tam powinny być usuwane przez mikroglej i/lub naciekające makrofagi (CD163 plus/CCR2 plus), ale także przez astrocyty. Jeśli ten proces się nie powiedzie, zmodyfikowany -syn może zostać pobrany przez sąsiednie zdrowe neurony, gdzie zapoczątkuje agregację endogennego -syn. Zmodyfikowany -syn będzie jednocześnie działać jako wzorzec molekularny związany z uszkodzeniem (DAMP) i poprzez różne receptory immunologiczne występujące w mikrogleju i makrofagach, indukować odpowiedź prozapalną. Cytokiny prozapalne będą dalej promować neurodegenerację poprzez bezpośrednie działanie w neuronach lub pośrednio poprzez promowanie różnicowania astrocytów A1. Tej wrodzonej odpowiedzi immunologicznej towarzyszyć będzie również adaptacyjna odpowiedź immunologiczna. Wewnątrzkomórkowa degradacja patologicznego -syn skieruje peptydy białka do układu MHC, który z kolei aktywuje CD8 (komórki T-cytotoksyczne, Tc) poprzez MHCI i CD4 (komórki pomocnicze T, Th) poprzez MHCII. Takie procesy mogą zachodzić zarówno w mózgu, jak i na obwodzie. W zależności od produkowanych cytokin, komórki CD{14}}Th ulegną różnicowaniu/dojrzewaniu do limfocytów T Th1 lub Th17, które zazwyczaj wzmagają zdarzenia prozapalne; lub do limfocytów T Th2 lub Treg, które ustąpią stan zapalny.

Ponadto aktywacja limfocytów B spowoduje wytwarzanie przeciwciał, które pomogą w usuwaniu -syn i aktywacji NK, co może również pomóc w usuwaniu -syn. Ponadto na ten proces będą miały wpływ równoległe zdarzenia związane z układem odpornościowym, takie jak infekcje bakteryjne, zapalenie jelit i zmiany mikroflory jelitowej, które mogą zwiększyć przepuszczalność jelita i spowodować nieszczelność ściany jelita. To zmieni środowisko immunologiczne, prawdopodobnie ułatwiając patologię -syn i dalej promując stan zapalny. (Rysunek utworzony za pomocą BioRender.com)

Sugerowano również, że Fc R odgrywają rolę w internalizacji i usuwaniu -syn [23]. Pod tym względem odpowiedź humoralna będzie kolejnym czynnikiem wpływającym na klirens -syn, ponieważ obecność przeciwciał zwiększa efektywność klirensu, w którym pośredniczy FcR [8]. Należy zauważyć, że starzenie się, główny czynnik ryzyka PD, stopniowo zmniejsza zdolność mikrogleju (i makrofagów) do fagocytozy -syn [12].

W normalnych warunkach w OUN mikroglej powinien być w stanie oczyścić -syn, jednocześnie wspierając zdrowie neuronów poprzez przycinanie synaptyczne i uwalnianie cytokin i czynników wzrostu. Zwłaszcza w stanach chorobowych fagocytoza patologicznego -syn doprowadzi białko do układu głównego układu zgodności tkankowej (MHC), a tym samym do prezentacji peptydów -syn przez mikroglej (lub inne komórki) do układu adaptacyjnego [77, 150]. Jak szczegółowo omówimy wcześniej, prowadzi to do rekrutacji adaptacyjnego układu odpornościowego oraz aktywacji komórek T i B (ryc. 1).

Odpowiedź immunologiczna w zwierzęcych modelach patologii ‑synuklein

Chociaż obecnie toczy się debata, czy stan zapalny układu nerwowego jest inicjatorem, czynnikiem napędzającym lub konsekwencją choroby Parkinsona u ludzi, modele zwierzęce wykazały, że stan zapalny poprzedza jawną neurodegenerację, co wskazuje, że jest prawdopodobnie czynnikiem napędzającym patogenezę choroby, ponieważ badania interwencyjne ukierunkowane na układ odpornościowy są generalnie neuroprotekcyjne.

Odpowiedź immunologiczna przy braku śmierci neuronów w transgenicznych modelach ‑synukleiny

Do tej pory stworzono wiele modeli zwierzęcych, które wykazują nadekspresję ludzkiej -syn pełnej długości, mutacji genetycznych lub zdarzeń duplikacji genów związanych z rodzinną chorobą Parkinsona (przegląd patrz [104]). Modele te odegrały zasadniczą rolę w opisywaniu zapalenia nerwów wywołanego przez -syn i korelacji obciążenia synukleiną z wiekiem i dysfunkcją układu odpornościowego (przegląd w [91]). Myszy transgeniczne Thy{5}}syn (linia 61) zostały szeroko scharakteryzowane pod kątem zapalenia nerwów, ponieważ wykazują zwiększoną ekspresję TLR 1,2,4 i 8 w SN, a także zwiększoną ekspresję mRNA TNF po 6 miesiącach, ekspresję MHCII na komórkach IBA{12}} plus w wieku 14 miesięcy i zwiększonej liczbie limfocytów T CD4 i CD8 we krwi w wieku 22 miesięcy [182], co wskazuje, że obciążenie -syn koreluje z odpowiedziami immunologicznymi.

Chociaż należy zauważyć, że transgen jest kierowany przez promotor Thy-1, również silnie eksprymowany w komórkach odpornościowych, co komplikuje interpretację. Ostatnio wygenerowane szczury BAC{1}}syn wykazują progresywną agregację -syn i neurodegenerację, z wczesną aktywacją mikrogleju i ważnym komponentem odpornościowym [107]; że po immunomodulacji za pomocą rezolwiny D1 prowadzi do neuroprotekcji. Autosomalne dominujące mutacje PD w -syn zostały również włączone do transgenicznych modeli myszy. Podczas gdy większość z tych modeli nie została obszernie scharakteryzowana pod kątem zapalenia nerwów lub naciekania obwodowych komórek odpornościowych, mikroglejoza (komórki IBA{6}} plus) została opisana w związku z patologią -syn i neurodegeneracją [48, 62, 64].

Odporność wrodzona i nabyta jest aktywowana w modelach wirusów ‑synukleinowych

Modele wektorów wirusowych lub modele nadekspresji, w szczególności modele wirusów związanych z adenowirusami (AAV), od dawna są popularne i niezawodne dla długoterminowej, przestrzennie ograniczonej ekspresji -syn w neuronach w OUN. Wektory te zostały starannie zaprojektowane, aby nadeksprymować ludzkie pełnej długości lub rodzinne mutacje -syn w podzbiorach neuronów w OUN w zależności od serotypu z niską lub nieistniejącą transdukcją komórek podporowych gleju [177]. Należy wspomnieć, że chociaż modele te doskonale nadają się do badania lokalnych skutków nadekspresji -syn w przestrzennie ograniczonych populacjach neuronów, po transdukcji neuronów nie ma jawnego rozprzestrzeniania się lub tworzenia szablonów w OUN, jak to obserwuje się w chorobach człowieka, co czyni je słabe modele transmisji -syn. Ponadto użycie modeli wektorów wirusowych wymaga starannej walidacji i kontroli, ponieważ obecność jednostek wirusowych może mieć wpływ na neurozapalne neurony i glej w OUN.

Wiele serotypów stosowano do transdukcji neuronów w zwojach podstawy mózgu w celu ekspresji ludzkiego -syn, przy czym te o najbardziej rozbudowanej charakterystyce immunologicznej to AAV2/1 [77, 171] i AAV2/5 [150]. Podsumowując, nadekspresja -syn w neuronach w obrębie SN u gryzoni skutkuje silną ekspresją MHCII [77, 150] i CD68 [150, 171] na mikrogleju i infiltracją limfocytów T CD4 i CD8 [150].

Podobnie ekspresja ludzkiego WT-syn lub A53T-syn za pośrednictwem AAV2/5 u naczelnych innych niż ludzie prowadzi również do proliferacji, aktywacji i zwiększonej ekspresji MHCII mikrogleju, niezależnie od obecności lub braku śmierci komórek dopaminergicznych; dalsze potwierdzenie mikrogleju immunologicznego jako wczesnego zdarzenia podczas patologii -syn [9]. Ponadto w tym modelu naczelnych zaobserwowaliśmy naciek komórek B (CD19 plus HLA-DR-). Taki naciek limfocytów B obserwowano również po ekspresji -syn za pośrednictwem AAV2/1 w neuronach nigralnych, co skutkowało również wczesną ekspresją cytokin prozapalnych (TNF, IL-6, iNOS), odkładaniem IgG w obrębie ipsilateralnej śródmózgowia [24, 171] i infiltracja monocytów CCR2 plus przed utratą komórek [80].

Co ważne, wykazując znaczenie interakcji komórek MHCII-T i roli układu adaptacyjnego, genetyczna delecja MHCII [77] lub CIITA (koaktywator transkrypcji MHCII) [186] atenuowana -syn pośredniczy zapalenie nerwów i neurodegenerację (patrz poniżej do dalszej dyskusji). Podobnie delecja CCR2, niezbędna do rekrutacji komórek monocytowych z obwodu, również skutkowała neuroprotekcją [80], co wskazuje, że komponent obwodowy ma kluczowe znaczenie w napędzaniu neurodegeneracji obserwowanej w modelu AAV2/1.

Nowatorski model wstępnie uformowanych włókienek ‑synukleiny: jeszcze niezdefiniowany składnik odpornościowy

Odzwierciedlając sukces modeli wirusowych i stworzonych w celu przezwyciężenia wyzwań związanych z pracą z ograniczoną przestrzennie ekspresją -syn w subpopulacjach neuronów, wiele laboratoriów przeszło na stosowanie preformowanych fibryli -syn (PFF) [116, 178] lub ekstraktów ludzkiego ciała Lewy'ego do tworzenia szablonów i prionopodobne właściwości -syn w PD. Po wstrzyknięciu do prążkowia transgenicznych myszy A53T -syn (linia M83) [117], ekspansywna propagacja i tworzenie szablonów -syn występuje w całym OUN, modelując „hipotezę prionową” (przegląd w [118]). U gryzoni rozmnażanie -syn zachodzi wzdłuż konektomu opartego na regionie o najwyższym poziomie endogennego -syn. U myszy nietransgenicznych rozmnażanie jest znacznie bardziej ograniczone do połączonych ze sobą obszarów mózgu, co prowadzi z czasem do łagodnej neurodegeneracji, podobnie do tego, co obserwuje się w innych modelach wirusowych i transgenicznych z pewnymi wykrywalnymi łagodnymi deficytami motorycznymi [117].

Charakterystyka wczesnej odpowiedzi immunologicznej w tych modelach jest w toku i do tej pory badania koncentrujące się na zapaleniu nerwów są ograniczone. U myszy wstrzyknięcia mysiego PFF -syn w prążkowiu aktywowały inflammasom NLRP3 w mikrogleju, podczas gdy inhibitor NLRP3- MCC950 osłabiał patologię -syn, deficyty motoryczne i neurodegenerację [65]. Co więcej, sugerując szkodliwą rolę mikrogleju, wyczerpanie mikrogleju w mysim modelu PFF spowodowało częściowe zmniejszenie patologii neuronalnej -syn [70]. Jedno z ostatnich badań wykazało, że model mysi powoduje naciek mikroglejozy, komórek T, komórek NK i komórek B, czemu towarzyszyły zmiany w obwodowych populacjach układu odpornościowego w śledzionie i węzłach chłonnych [44]. . W kolejnym badaniu zespół wykazał ochronną rolę naciekających komórek NK poprzez wychwytywanie -syn i zmniejszanie patologii [45]. Model został również powiązany z aktywacją mikrogleju, która z kolei promowała konwersję astrocytów do fenotypu neurotoksycznego A1, proces, który, jeśli się go uniknie, doprowadził do neuroprotekcji [192].

Wstrzyknięcie śródmózgowia [78] lub prążkowia [42] mysich włókienek PFF-syn szczurom Sprague Dawley doprowadziło do regulacji w górę ekspresji MHCII i IBA -1 w śródmózgowiu, czemu towarzyszyła infiltracja obwodowych komórek szpiku (CD163 plus) i Limfocyty T przed mierzalną neurodegeneracją, co wskazuje, że wrodzone i adaptacyjne mechanizmy odpornościowe prawdopodobnie odgrywają rolę przed jawną neurodegeneracją w modelach PFF. Co ciekawe, odpowiedź MHCII jest mniej silna w modelu mysim (nasze obserwacje), co może wynikać z różnic międzygatunkowych u szczurów przy użyciu mysiego (a nie szczurzego) PFF -syn do wywołania patologii. Jednak potrzeba więcej badań, aby to w pełni wyjaśnić. W związku z tym należy wziąć pod uwagę pewne czynniki w przyszłych badaniach w modelu opartym na PFF.

Po pierwsze, stężenia PFF użyte w modelu (5–10 µg) są dalekie od poziomów fizjologicznych -syn, więc reakcja immunologiczna obserwowana w miejscu wstrzyknięcia może być artefaktem. Aby temu zaradzić, badanie zmian w populacjach neuronów i komórek glejowych w odległych obszarach anatomicznie połączonych z miejscem wstrzyknięcia iz patologią -syn może dokładniej odzwierciedlać odpowiedź immunologiczną spowodowaną nieprawidłowym obchodzeniem się z neuronami -syn, jakie może wystąpić u pacjentów. Wreszcie wybór kontroli; jeśli stosuje się monomeryczny -syn, może to odzwierciedlać „zdrową odpowiedź na -syn” w porównaniu z alternatywną kontrolą PBS/sól fizjologiczną odpowiadającą brakowi odpowiedzi immunologicznej.

Odporność obwodowa w chorobie Parkinsona: dowody na zaangażowanie i infiltrację monocytów

Obecność patologii -syn na obwodzie i neuropatii obwodowej w PD przemawia za bardziej holistycznym podejściem do układu nerwowego w PD [31]. Ta obwodowa patologia -syn pojawia się wcześnie, podobnie jak u pacjentów z RBD i prodromalnym PD [4]. Ponieważ antygenowość -syn jest prawdziwa zarówno dla mikrogleju, jak i monocytów [103, 111], oczekuje się, że wrodzona odpowiedź immunologiczna wystąpi zarówno w mózgu, jak i na obwodzie, a ich wzajemne oddziaływanie będzie kształtować zintegrowaną odpowiedź immunologiczną w PD (ryc. 1 ).

W związku z tym wykazaliśmy, że u pacjentów z RBD ekspresja TLR4 w monocytach krwi była bezpośrednio skorelowana z immunologiczną aktywacją mózgu i pośrednio z neuroprzekaźnictwem dopaminergicznym, jak pokazano w PET (Farmen, Romero-Ramos i in., niepublikowane), wspierając w ten sposób wczesna ośrodkowa i obwodowa odpowiedź immunologiczna oraz wzajemna rozmowa między mózgiem a obwodami, która wiąże się ze zdarzeniem neurodegeneracyjnym. Nie jest jednak jasne, w jakim stopniu odbywa się to z peryferii lub poprzez rekrutację i infiltrację.

Sugerowano naciekanie monocytów/makrofagów w PD na podstawie zwiększonej ekspresji w mózgu białek związanych z komórkami mieloidalnymi innymi niż mikroglej, takich jak CD163 i CCR2 (ryc. 1). Wykazaliśmy wzrost liczby komórek wykazujących ekspresję receptora zmiatającego CD163 w mózgach modeli PD gryzoni [78, 170], co jest zgodne z wynikami badań pośmiertnych mózgów pacjentów z PD [139]. Farmakologiczna przeciwzapalna modyfikacja populacji CD163 plus na obwodzie spowodowała częściową neuroprotekcję w SN szczurzego modelu PD [170]. Sugeruje się, że oś CCL{11}}CCR2 odgrywa ważną rolę w naciekaniu monocytów do mózgu objętego stanem zapalnym [63]. Wykazaliśmy, że CCR2 plus monocyty infiltrują mózg w mysim modelu PD opartym na -syn, a genetyczna delecja CCR2 była neuroprotekcyjna, co sugeruje szkodliwą rolę infiltracji monocytów w PD [80].

Co więcej potwierdzając rolę CCR2, stwierdzono, że receptor był regulowany w górę w klasycznych monocytach pacjentów z PD, mimo że całkowita liczba monocytów CCR2 plus była zmniejszona [54], podczas gdy inne badanie wykazało aktywację osi CCR2-CCL2 [142 ] i wzbogacenia CCL2 we krwi pacjentów [67]. Warto zauważyć, że różnice w poziomach CCL2 w surowicy lub płynie mózgowo-rdzeniowym wydają się być związane z różnymi podtypami klinicznymi PD [17, 73]. Dlatego monocyty CD163 plus lub CCR2 plus wydają się odgrywać rolę w neurodegeneracji w PD nie tylko poprzez ich działanie na obwodzie, ale także poprzez rozdęcie mózgu.

Zmiany w subpopulacjach monocytów w chorobie Parkinsona

Profilowanie genetyczne monocytów może odróżnić PD od zdrowych osób kontrolnych, wspierając odpowiedź związaną z chorobą w tej populacji [67]. Podejście to zidentyfikowało odrębną sygnaturę transkryptomiczną w monocytach od pacjentów z wczesną PD, z genami o różnej ekspresji, takimi jak HLADQB1 (system MHCII), MYD88 (związany z TLR2 i 4), REL (członek czynników transkrypcyjnych NFκB) i TNF [156], potwierdzając w ten sposób wczesne znaczenie układu odpornościowego w PD. Ekspresja genów była również różna w fenotypach szybkiej i wolnej progresji PD [140]. Chociaż dane uzyskane w tych badaniach są raczej odkrywcze i czasami przytłaczające, potwierdzają one aktywny udział monocytów we wczesnym stadium choroby i ich znaczenie w manifestacji klinicznej u pacjentów.

Monocyty krwi są zwykle dzielone na podgrupy na podstawie ekspresji CD14 i CD16 [95]. Klasyczne monocyty (CD14 plus /CD{4}}) wykazują najwyższą ekspresję receptorów chemokin i po aktywacji uwalniają IL-10, CCL2, IL-6 i RANTES [189]. Mogą różnicować się w makrofagi pochodzące z monocytów i komórki dendrytyczne (DC) i odgrywają integralną rolę w kształtowaniu stanu zapalnego i jego ustępowaniu w tkankach, łącząc systemy wrodzone i adaptacyjne. Monocyty pośrednie (CD14 plus /CD16 plus) wykazują najwyższy poziom ekspresji cząsteczek związanych z prezentacją antygenu (HLADR=MHCII) i wydzielają TNF, IL-1, IL-6 i IL{ {16}} [189].

Cytokiny te są również uwalniane przez nieklasyczne monocyty (CD{1}}/CD16 plus), ale nie wykazują ekspresji MHCII [189], a ostatnio zaproponowano, że działają jako opiekunowie układu naczyniowego poprzez patrolowanie integralności komórek śródbłonka [7]. Klasyczne monocyty mogą stać się monocytami pośrednimi, zanim ostatecznie różnicują się in vivo w nieklasyczne monocyty [136]. Analiza subpopulacji monocytów krwi w PD dała pewne sprzeczne wyniki, przy czym niektóre grupy nie zgłaszały żadnych zmian [156, 157], podczas gdy inne zgłaszały wzrost liczby klasycznych monocytów przy równoległym spadku w populacji nieklasycznej [67, 185]. Te sprzeczne wyniki mogą wynikać z różnic w kohortach, w szczególności podtyp PD lub czas trwania choroby mogą być kluczowym czynnikiem. W związku z tym nasze dane pokazują zwiększoną liczbę klasycznych monocytów w prodromalnej PD RBD (Farmen, Romero-Ramos i in., niepublikowane) oraz we wczesnej PD (<5y), to decrease later in the disease (Nissen, Romero-Ramos, et al., unpublished). This suggests a response aiming to resolve inflammation early in the disease that later fails as the disease advances.

Zmiany funkcjonalne monocytów w chorobie Parkinsona: nieprawidłowa aktywacja, fagocytoza i proliferacja

Zaangażowanie monocytów w PD jest dodatkowo potwierdzone przez sugerowaną niezdolność komórek mieloidalnych pacjentów z PD do uzyskania zdrowej i zrównoważonej odpowiedzi na różne bodźce, w szczególności -syn. Wykazaliśmy, że PBMC pacjentów z PD wykazywały zmniejszoną wrażliwość na LPS i stymulację fibrylarną -syn i nie były w stanie modulować ekspresji białek, takich jak CD163, ani wydajnie indukować uwalniania cytokin w porównaniu z kontrolnymi PBMC [128].

Jednak badania grupy Danzera wykazały, że monocyty CD14 plus od pacjentów z chP są nadpobudliwe i rozregulowane w odpowiedzi na różne bodźce, takie jak patologiczny -syn [67, 68]; chociaż grupa Williamsa-Graya nie stwierdziła żadnych zmian w komórkach wyselekcjonowanych przez CD14 [184] ani w PBMC [183]. Ponownie, te rozbieżności są najprawdopodobniej spowodowane różnicami w kohortach, metodologii i zastosowanych biomarkerach. Warto zauważyć, że niektóre grupy różnicowały monocyty w makrofagi lub wstępnie wyselekcjonowane komórki CD14 plus do swojej analizy, podczas gdy inne wykorzystują PBMC, co może skutkować interakcjami komórkowymi w hodowli, które byłyby istotne dla wyniku (na przykład z komórkami T). Potrzebny jest lepszy konsensus w dziedzinie tego, jak podejść do tych badań funkcjonalnych i jak te komórki reagują na stymulację specyficzną dla -syn.

Jeśli chodzi o zdolność fagocytarną monocytów, dwa laboratoria zgłosiły zmniejszoną funkcjonalność komórek pacjentów z PD [57,67]. Ten spadek fagocytozy wydaje się być spowodowany samym -syn, którego stwierdzono wzrost wewnątrzkomórkowy [57]. Jednak inne badanie wykazało wyższą zdolność fagocytarną monocytów od pacjentów z PD wcześnie po postawieniu diagnozy (<5y, H and Y 2), suggesting again disease duration is a crucial factor. Notably, the authors report changes only while using autologous serum, vs. the standard animal serum, thus highlighting the relevance of the complex disease environment found in vivo, vs. the simplification of in vitro assays [184]. 

Niemniej jednak ta sama grupa wykazała ostatnio, że ta wyższa zdolność fagocytarna nie była prawdziwa, gdy specyficznie oceniano wychwyt / klirens -syn (nawet przy użyciu autologicznej surowicy), sugerując w ten sposób pewne selektywne niepowodzenie lub regulację w dół w procesie wychwytu -syn w PD [185] . Co ciekawe, miało to miejsce pomimo zwiększonej ekspresji TLR4 w monocytach PD, co nie prowadziło do wyższej odpowiedzi na LPS (aktywator TLR4) ani wyższego wychwytu -syn (zgodnie z oczekiwaniami na podstawie sugerowanego klirensu -syn za pośrednictwem TLR4 [50] ). Sugeruje to ponadto upośledzenie czynnościowe monocytów u pacjentów z PD, co wraz ze związaną z wiekiem zmniejszoną zdolnością makrofagów do wychwytu -syn może odgrywać ważną rolę w progresji PD [12].

Sugerując szczep w komórkach odpornościowych podczas PD, stwierdziliśmy zmniejszoną zdolność przeżycia PBMC pochodzących z PD in vitro z równoległym wzrostem zdolności proliferacyjnej monocytów, szczególnie u pacjentów z późnym początkiem i krótszym czasem trwania choroby [128]. W związku z tym wzbogacenie prekursorów monocytów jest wczesnym zdarzeniem u pacjentów z PD [54], które może być związane z ekspansją klasycznej populacji monocytów we wczesnych stadiach choroby, jak wspomniano wcześniej. W sumie może to wskazywać na początkową odpowiedź kompensacyjną, której celem jest wyeliminowanie zdarzenia zapalnego, ostatecznie utraconą z czasem, co sugeruje, że przebieg progresji choroby jest istotnym czynnikiem do rozważenia podczas badania odpowiedzi immunologicznych w PD. Dotychczasowe prace in vitro potwierdzają również populację monocytów, która różni się funkcjonalnie od populacji zdrowych osobników. Jednak potrzebne są lepsze definicje kohort, dzieląc przypadki na podstawie czasu trwania choroby, podtypu lub rokowania, aby właściwie zdefiniować rolę komórek odpornościowych.

For more information:1950477648nn@gmail.com