Биологическая система — это совокупность биологических объектов — молекул, клеток, тканей, органов и т. д., — которые в совокупности способствуют выполнению определенной биологической функции. Объекты, принадлежащие системе, могут быть одинаковыми или разными, близкими друг к другу или рассеянными по всему телу, связанными между собой или нет, неподвижными или подвижными. Их единственная общая черта — это функция, в которую они вносят свой вклад. Описание биологических систем — это один из способов выделения функциональных единиц в живых организмах. Эти функциональные единицы зависят от ученых, от их знаний и от того, что они стремятся понять. Следовательно, биологические системы — это не материальные объекты, а "образы", которые ученые проецируют на тело, чтобы понять, как живут живые существа. Если это так, можно представить себе другие или иные функциональные единицы, например, нейроиммунную систему, или нейроэндокринную систему, или даже нейроиммуноэндокринную систему.
Биологические системы
Физиологи выделяют несколько биологических систем человека: эндокринную, иммунную, нервную, выделительную, сердечно-сосудистую , кроветворную, пищеварительную, репродуктивную,, кожную, дыхательную, мышечную и скелетную системы организма
Долгое время считалось, что нервная система является «иммунологически привилегированной», т . е . игнорируемой иммунной системой. Эта точка зрения была опровергнута выводами о том, что «нейродегенеративные заболевания», такие как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона , являются воспалительными заболеваниями, и что воспаления нервной системы, такие как миастения и, в некоторых случаях, рассеянный склероз , имеют аутоиммунную этиологию. Антитела против нейронов и ацетилхолиновых рецепторов действительно были идентифицированы при неврологических заболеваниях, а патогенные аутореактивные Т-клетки — при экспериментальном аутоиммунном энцефаломиелите и демиелинизирующих заболеваниях. Лимфоциты , т.е. клетки, участвующие в адаптивном иммунитете, и глиальные клетки , т.е. миелоидные клетки, участвующие в врожденном иммунитете, были затем обнаружены и в здоровом головном мозге. Была описана обширная менингеальная лимфатическая сеть и, что нейроны и иммунные клетки имеют общие медиаторы и рецепторы и реагируют на стимуляцию друг друга. Наконец, нервная система и иммунная система также контролируются микробиотой.
Как следствие, иммунологи и нейробиологи заинтересовались друг другом. Они обменялись понятиями и словарем. Вслед за понятием «иммунологическая память», задуманным по аналогии с неврологической памятью, иммунологи заговорили об «иммунных синапсах» по аналогии с межклеточными контактами , которые нейроны используют для связи с другими нейронами и другими клетками, в то время как неврологи говорили о «нейронном групповом отборе» по аналогии с управляемым антигеном клональным отбором лимфоцитов. Когда они стали ближе, нейробиология и иммунология объединились в «нейроиммунологию» в начале 1980-х годов. Новой дисциплине соответствовал и свой журнал нейроиммунологии. Уже в 1981 г. в Стрезе, (Италия), в 1982 г. был проведен первый Международный конгресс нейроиммунологов, а в 1987 г. - создано Международное общество нейроиммунологии. В 2020 году The Journal of Immunology собрал сборник обзорных статей под названием « Нейроиммунология: чувствовать и защищать ». , а журнал Nature Reviews Immunology запустил специальную серию статей о нейроиммунологии, представленную редакционной статьей под названием «Нейроиммунная одиссея».
В компанию иммунологии и неврологии вошла и эндокринология , поскольку иммунная система была описана как «орган чувств» («седьмое чувство», которое информирует мозг о микроорганизмах), который использует те же сигналы и рецепторы, что и нейроэндокринная система. И наоборот, сенсорные нейроны рассматривались как «критические медиаторы иммунитета» ( а микроглия, как эндокринные клетки ) , которые «управляют предвосхищающим иммунитетом». Поскольку границы между тремя системами становились все более и более размытыми, нервная система, иммунная система и эндокринная системы организма стали рассматриваться как части единой нейроэндокриноиммунной системы, контролирующей гомеостаз организма.
Достижения нейроиммунологии нам ясно показали, что нервная и иммунная системы являются двумя функционально связанными физиологическими системами. Уникальные сенсорные и иммунные рецепторы позволяют им контролировать взаимодействие организма с внутренним и внешним миром. Обе системы в процессе своего онтогенеза проходят процесс отбора, основанный на опыте. Они используют одни и те же медиаторы/нейротрансмиттеры и используют синапсы для межклеточной коммуникации. Они сохраняют память о предыдущем опыте. Иммунные клетки могут воздействовать на нервные клетки, нервные клетки могут воздействовать на иммунные клетки, и они регулируют друг друга. Однако, эти две системы различаются по трем основным пунктам: 1) в отличие от нервной системы, иммунная система имеет свободную анатомическую структуру, в которой молекулярные и клеточные события в основном происходят случайным образом; 2) Иммунная система может реагировать на молекулы живого мира , тогда как нервная система может реагировать на явления физического мира ; 3) Ответы иммунной системы действуют как на организм, так и на раздражитель, вызвавший реакцию, тогда как ответы нервной системы действуют только на организм.
Таким образом, нервная, эндокринная и иммунная системы предстают как три взаимодополняющие системы отношений .которые тесно взаимодействуют друг с другом и чьи реакции хорошо подходят для борьбы с физическими и биологическими стимулами соответственно. Способность иммунной системы как приспосабливать организм к живому миру, так и приспосабливать живой мир к организму наделяет иммунную систему мощными адаптивными свойствами, которые позволяют организму жить в мире с самим собой и с другими живыми существами, будь то патогены или комменсалы.
Различия в анатомии, в когнитивном репертуаре и в их функциональном репертуаре нервной, иммунной и эндокринной системами организма наделяют их заметно разными биологическими свойствами и принципиально разными биологическими функциями.
Влияние микробов на нервную систему
Как и иммунные клетки, нервные клетки могут быть активированы микробами и микробными продуктами. Нейроны тесно связаны с миелоидными клетками, т . е. глиальными клетками, которые, как и врожденные миелоидные клетки иммунной системы, могут ощущать микроорганизмы и их растворимые продукты через свои PRR. Нейроны также могут активироваться медиаторами воспаления, высвобождаемыми или секретируемыми близлежащими иммунными клетками при взаимодействии их PRR с микробами или микробными продуктами. Нейроны также могут быть активированы непосредственно микробными продуктами. Таким образом, Staphylococcus aureus могут активировать ноцицептивные сенсорные нейроны посредством высвобождения бактериальных N-формилированных пептидов и порообразующего токсина α-гемолизина. Затем активированные ноцицепторы высвобождают нейропептиды, которые модулируют врожденное иммунное воспаление . Сульфолипид-1, гликолипид, продуцируемый Mycobacterium tuberculosis , активирует ноцицептивные нейроны, вызывающие кашель при туберкулезе . Аналогичным образом, Candida albicans может напрямую активировать сенсорные нейроны и повышать сопротивляемость хозяина инфекции за счет секреции нейропептидов, которые стимулируют выработку IL-23 дендритными клетками. Ноцицепторы, иннервирующие кишечник, могут активироваться Salmonella enterica и высвобождать нейропептид, который модулирует как плотность М-клеток пейеровых бляшек, так и уровни сегментофиламентных бактерий, что приводит к защите от инфекции. Было обнаружено, что специфическая популяция нейронов центрального ядра миндалевидного тела активируется в мозге мышей, выздоравливающих от экспериментального сепсиса, что приводит к поведению, связанному с тревогой, и преувеличенной памяти о страхе, аналогичной длительной тревоге и посттравматическому стрессовому расстройству. подобный синдром наблюдается после сепсиса у людей.
Влияние иммунных клеток на нервные клетки
При активации иммунные клетки могут воздействовать на клетки нервной системы. Как обсуждалось выше, иммунные клетки могут секретировать ацетилхолин, а некоторые медиаторы воспаления, секретируемые иммунными клетками, ведут себя как нейротрансмиттеры в нервной системе. Нейроны также экспрессируют цитокиновые рецепторы. Таким образом, канонический провоспалительный цитокин IL-17 продуцируется менингеальными γδ Т-клетками. Там он не только участвует в нейровоспалительных заболеваниях, но также активирует кортикальные глутаматергические нейроны, которые экспрессируют рецептор IL-17α, и модулирует поведение страха у мышей. Макрофаги могут как усиливать боль, секретируя провоспалительные медиаторы, так и индуцировать разрешение боли, секретируя противовоспалительные медиаторы и эндогенные опиоиды. Точно так же Т-клетки способствуют как развитию боли после повреждения нерва, так и разрешению боли после транзиторного воспаления. Цитокины типа 2, такие как IL-4, стимулируют и активируют сенсорные нейроны, которые экспрессируют рецепторы IL-4Rα, и опосредуют хронический зуд, усиливая реакцию нейронов на пруритогены. IL-5, цитокин, участвующий в аллергическом воспалении дыхательных путей, активирует ноцицепторы легких, которые вызывают кашель и бронхоконстрикцию.
Как и ожидалось, нейроны также являются мишенями эффекторных клеток иммунной системы при нейродегенеративных заболеваниях. Тканевые резидентные воспалительные ILC3 могут функционировать как антигенпрезентирующие клетки и повторно стимулировать миелин-специфические Т-клетки в мышиной модели рассеянного склероза. Убивая нейроны, NK-клетки определяли начало и прогрессирование дегенерации двигательных нейронов в мышиных моделях бокового амиотрофического склероза. Производя IFN-γ, NK-клетки также могут индуцировать воспалительный фенотип в клетках микроглии и нарушать рекрутирование FOXP3+/Treg-клеток в ЦНС.
Влияние нервных клеток на иммунные
Было обнаружено, что сенсорные нейроны, которые экспрессируют ионные каналы TRPV1 и Nav1.8, взаимодействуют с дермальными дендритными клетками и индуцируют их секрецию IL-23, который вызывает воспаление кожи в мышиной модели псориаза . Нейромедин U является членом семейства нейропептидов с плейотропными функциями , особенно в желудочно-кишечном тракте, где он продуцируется холинергическими нейронами. Недавно было обнаружено, что он запускает и усиливает индуцированную IL-25 секрецию цитокинов типа 2 с помощью ILC2, которые экспрессируют рецептор NMUR1. Другой нейропептид, вазоактивный интестинальный пептид (VIP), секретируется энтеральной нервной системой в ответ на кормление. ILC экспрессируют большое количество VIP-рецептора VIPR2. VIP действует синергично с IL-25 и IL-33 или с IL-1β и IL-23, индуцируя выработку больших количеств IL-5 ILC2 или IL-22 ILC3 соответственно. ILC2 также экспрессируют ацетилхолиновые рецепторы и β2-адренергические рецепторы, которые положительно и отрицательно контролируют их функции соответственно. ILC2 сами продуцируют и секретируют ацетилхолин, а воздействие гельминтов или аллергенов, которое запускает высвобождение IL-25, IL-33 или TSLP, увеличивает холин-ацетилтрансферазу, фермент, ответственный за синтез ацетилхолина, у ILC2. Было обнаружено, что ацетилхолин индуцирует экспансию ILC2, ILC2-зависимую секрецию цитокинов типа 2 и изгнание гельминтов. И наоборот, было обнаружено, что агонисты β2-адренергических рецепторов, такие как норэпинефрин, снижают ответы типа 2 за счет уменьшения пролиферации и ответов ILC2 на инфекцию гельминтами или воздействие аллергена. Точно так же было обнаружено, что ноцицептивные сенсорные нейроны контролируют инфекцию вируса герпеса (HSV-1) у мышей. Они уменьшали воспаление кожи, снижая секрецию воспалительных цитокинов, активацию моноцитов и инфильтрацию нейтрофилов в ответ на кожную инфекцию, вызванную вирус герпеса -1, а также стимулируя примирование Т-клеток CD8 кожными дендритных клеток. Кожные лимфатические узлы действительно иннервируются различными подмножествами сенсорных нейронов, преимущественно пептидергическими ноцицепторами, чья стимуляция агонистами TLR запускает быстрые транскрипционные изменения в эндотелии, стромальных клетках и ILC. Точно так же легкие иннервируются симпатическими нервами, а норадреналин или другие агонисты β2-адренорецепторов отрицательно регулируют иммунные реакции, вызванные LPS или IL-33, в легких . Действительно, большинство тканей, в том числе и лимфоидные органы, иннервируются вегетативными (преимущественно адренергическими) и чувствительными нервами. И адреналин, и субстанция Р (продуцируется адренергическими нейронами), или нейропептид TAFA4 (продуцируется сенсорными нейронами) контролируют перенос лейкоцитов и миграцию иммунных клеток в ткани. Приведенные выше данные и многие другие подтверждают и дают механистическое объяснение давно известному наблюдению, что стресс может изменять иммунные реакции
Добавить комментарий