研究人员趋向于越来越关注变性疾病中脑部的炎症过程,无论是由根源引起的作用还是由神经组织损伤引起的继发性作用。 神经炎症可能是机体衰老的主要过程。
在神经退行性疾病的背景下,很难确定神经炎症,尽管例如多发性硬化症(与家庭硬化无关的自身免疫性疾病)并不困难。 在后一种情况下,过多的淋巴细胞和单核细胞会穿透将神经组织与血液分开的屏障,从而导致功能障碍。
病情包括阿尔茨海默氏病,您可能从作家特里·普拉切特(Terry Pratchett)死前的病情中知道,帕金森氏病是画家萨尔瓦多·达利(Salvador Dali)在其最后几年遭受的疾病,肌萎缩性侧索硬化症与物理学家斯蒂芬的状态有关而闻名霍金,描述是根据反应进行的,以胶质细胞-星形胶质细胞和小胶质细胞的形状和结构的变化表示。 这些疾病中有许多是在老年人中表现出来的,它们与衰老有关,并可能是由衰老引起的。 了解神经炎症,其原因和后果,可能会改善许多疾病的治疗方法,其中一些仅通过对症治疗。
为了了解神经炎症现象,您首先需要了解什么是炎症。 提出的问题已有2000多年的历史了,但尚未提出炎症的定义,炎症的定义会使世界各地的科学家和医生达成共识。
什么是炎症?
“ Rubor等,肿瘤,卡路里和美元。” 发红,发烧和疼痛肿胀-这就是古罗马医师Cornelius Celsus如何描述炎症。 这个定义缺乏重要的细节,他的同事外科医生盖伦(Galen)在其前任-fun子功能受损或功能受损后约100年明确了这些细节。
这五个描述的迹象在一起简要地传达了炎症表现的本质,并以几乎不变的形式出现在我们的时代。 医学生仍然是回答考试时记住拉丁绕口令的第一件事。
但是这样的定义绝对不适合我们,因为它没有说明病理学及其病因发展的机制。 随着后者细节的披露,生理学家不得不进行修补。 历史记得许多理论,这些理论主要涉及血管在炎症发展中的作用,但是,在伊利亚·梅奇尼科夫(Ilya Mechnikov)提请注意细胞并得出其定义之后,出现了更为重要的理解:
“炎症应被视为人体对烦人的身材的吞噬反应; 该反应可以通过单独移动吞噬细胞来进行,也可以通过血管吞噬细胞或神经系统的作用来进行。”
吞噬细胞是能够吸收和破坏有害异物的细胞,是梅奇尼科夫研究的重点。 因此,批评其定义的主要原因是缺乏对溶解在体液中的蛋白质作用的认识,众所周知,这对过程有重大影响。 由于提到了神经系统,我们对这个定义印象深刻,让Mechnikov并添加它仅是为了识别血管壁的神经调节,它也可以调节炎症过程。
有了神经炎症的定义,情况真的很糟糕。 如果打开Wikipedia,您会发现“神经炎症是神经组织的炎症”。 这就是definiendo中的这种回旋,这是一种逻辑错误,其中的陈述是从自身推论得出的。
友情链接在ACS化学神经科学的编辑专栏中可以找到一个有趣的定义,该定义将神经炎症定义为在神经退行性疾病期间导致细胞死亡,功能障碍或神经元和少突胶质细胞恢复的非自主性细胞过程。
“非细胞自主过程决定了神经退行性疾病过程中中枢神经系统细胞的死亡,功能障碍或神经元和少突胶质细胞的恢复。”
友情链接这是一个很好的定义,它描述了神经炎症的好与坏方面,但它仍将这一过程限制在神经退行性疾病的范围内。 那么,在一个人没有注意到阿尔茨海默氏症或帕金森氏症,大脑无法发炎之前会发生什么?
为此,定义问题仍未解决。 考虑该领域的事实和研究解释。
为什么需要发炎?
如果没有再生,生命将是不可能的。
如果一切都恢复了,死亡将是不可能的。
“如果没有再生,就不会有生命。
如果一切都再生了,就不会有死亡。”
-理查德·高斯
炎症的实质是什么? 朋友还是敌人? -朋友还是敌人? -正如国际科学出版物和科普门户网站所写的那样,它们希望向读者传达所描述现象正在进行的过程的复杂性。
炎症等过程的主要目的是告知人体任何损坏或破裂。 身体已经“必须做出决定并采取相应行动”。 通常,这种决定是由局部和全身免疫细胞的协作来做出的,它们首先消除破坏性因素,然后在受影响的组织成功之前共同恢复其稳态。
事件发生了这样的转变,例如对神经组织造成了创伤性损害。 在不幸的情况下或在脊椎动物中计划进行的实验室行动后的第一刻,受创伤影响的细胞大量死亡。
由坏死和凋亡引起的第一波细胞死亡(编程性细胞自杀,其持续性损伤与生命不相容)在数小时后消退,随后第二波则更长,可能是由腐烂产物作用于周围组织引起的。 在这种情况下,神经组织和血管的相互作用可能会受到干扰,其结果是会中断能量,离子和必要物质的供应。
对损伤的小胶质细胞活化立即发生。 这些微小的巨噬细胞小胶质细胞直接执行“身体对烦人的身材的吞噬反应”,如梅奇尼科夫所述。
血管附近的星形胶质细胞和神经元的示意图他们不断地在周围区域寻找可能指示神经元受损或威胁其完整性的物质。 在没有此类危险信号的情况下,神经组织中巨噬细胞的活性会受到神经元分泌的肽的抑制,而不会受到威胁。 否则-当发生伤害时-小胶质细胞会在几分钟内被激活! 这反映在它们的形式和功能上。 细胞变得更具流动性,可以开始分裂,在外膜上显示出众多受体,可以更准确地评估情况。 激活后,它们将补体蛋白和趋化因子喷射到细胞间空间,从而吸引更多的免疫细胞,引起邻居响应情况的细胞因子,蛋白水解酶分解细胞外基质蛋白,增加操纵空间以及活性形式氧气和氮气以传播危险信号。
友情链接星形胶质细胞不落后于它们的神经胶质。 它们是中枢神经系统中细胞数量最多的类别,它们在血管内皮细胞和神经元之间占据着战略地位,调节着血液和大脑之间的屏障。 受伤后,它们对神经元发出的危险信号或激活的小胶质细胞释放的物质做出反应。 然后,星形胶质细胞增大,肥大,释放神经调节肽,例如BDNF(脑源性神经营养因子)或脑神经营养因子,这有助于受损神经元的存活。 它们还产生并分泌原纤维蛋白,这些蛋白可恢复细胞外基质并形成神经胶质瘢痕。 一方面,这是一件好事,因为损伤的部位被隔离了,另一方面,在该区域中,神经元的再生将很困难。
白细胞迁移到损伤部位小胶质细胞和星形胶质细胞在创伤中起着最重要的作用,但是,这种情况在人群中广为流传。 在受损后最短的时间内,白细胞实际上会滚动到作用部位(这是它们在发炎时沿着内皮的正常运动形式)。 在整个白细胞宿主中,嗜中性粒细胞最先到达,它们开始主动分泌促炎性细胞因子,活性氧和能诱导细胞凋亡的肽。 他们暂时停留在受伤的地方,在48小时后不再被观察到,但是,它们的出现是重要的早期事件之一。
在它们的后面,小胶质细胞被激活,T和B淋巴细胞被募集,它们对由损伤引起的蛋白质变化做出反应。 在早期阶段,红细胞和血小板有时也会受损。 他们也非常积极地参与神经炎症的调节,尽管这仅在血管壁受损时才会发生。 这些细胞产生血小板活化因子,参与小胶质细胞活化的调控,除了听起来可能是意料之外的,它们还是血清素的另一种来源(不仅在神经系统内产生,而且在神经系统之外产生)。 在这种情况下,5-羟色胺有助于阻止血管中的血液流动,神经元的存活以及其可塑性的保持。
www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0889159118305786?via%3Dihub神经细胞不能恢复吗?
正如现代神经生物学的创始人圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔(Santiago Ramon-i-Cahal)于20世纪初提出的那样,成年人体内的神经细胞无法恢复。 您肯定已经多次听到过这样的陈述,即“失去的神经无法恢复”。 然而,在上个世纪60年代,约瑟夫·奥特曼(Joseph Altman)宣布发现了成熟豚鼠海马中神经元分裂的发现。
友情链接成人神经发生的证据直到上个世纪90年代才得到重视。 关于包括灵长类在内的各种物种的神经发生的累积数据导致了范式的转变。
友情链接研究人员证实,神经发生实际上发生在各种成年动物的大脑中,并最终在成年大脑中发现了新形成的神经元的痕迹。 据估计,每天在海马中产生数百个这样的细胞,它们有助于塑造记忆力和新技能。 这个概念已为科学家所广泛接受,您甚至可以找到据称可以增强它的饮食和特殊运动。 可以预见,您甚至可以找到TED谈论这种现象。
那只是问题:神经元的这种更新实际上可能不是。 直到今天,仍然存在证明成人神经发生不存在的研究。 最近的一项重大研究于今年3月15日发表在《自然》杂志上。 在其中,来自旧金山加州研究所的科学家得出结论,他们无法检测到数十只海马的痕迹,这些痕迹是从将自己的遗体传给科学的成年人的大脑中获得的。 根据研究人员的说法,即使在保存最完好的标本中也没有发现任何迹象。
友情链接像往常一样,很难证明确实缺少某些东西,许多科学家对该工作的结果表示怀疑。 许多人指出,计数是间接进行的-由于存在的蛋白质通常是由新近分裂的年轻细胞产生的。 这些蛋白质在人死后很容易降解。
辩论很可能会继续进行,只有开发出用于观察活人大脑中神经元的方法时,有关这一问题的最后决定才会传达。
在斑马鱼的大脑中,侧脑室壁的神经元能够分裂,然后移动到患处,形成年轻的神经元来代替死者。 靠近我们的小鼠的相应细胞不再具有这种聚焦能力,尽管将其放置在体外时,这种能力得以恢复。 据信,在这种高度发达的动物中,损伤部位的微环境阻碍了新神经元的发育。
友情链接在组织受损的情况下,微环境的形成是由于蛋白质及其组成的其他大分子以及周围细胞分泌的物质的分解产物。 胶质细胞的具体作用及其在修复中的作用在很大程度上取决于损伤的性质。 随着小胶质细胞的过度和持续激活,高浓度分泌的小胶质细胞对周围细胞有毒,产生的细胞因子破坏神经元的功能。 星形胶质细胞分泌的原纤维蛋白抑制功能键的形成。
大量白细胞介素1,是炎症的主要介质之一,尤其是其β形式,与肿瘤坏死因子,受损的中枢神经系统中产生的白细胞介素6和10一起,可导致头痛和偏头痛。
应当记住,尽管促炎细胞因子反过来又会引起细胞死亡并引起继发性组织损伤,但它们对于恢复受影响的组织是必需的。 例如,肿瘤坏死因子α在炎症的初始阶段对神经元有毒性,但在后期则促进再生。
老年痴呆症的神经炎症
从上面给出的定义可以明显看出,神经发炎是神经退行性疾病的常见伴侣。 这种疾病的特征在于神经元的结构,功能和数量的损失。
这种疾病最初是由德国精神病医生阿洛伊斯·阿尔茨海默氏症(Alois Alzheimer)所描述的,虽然有时会发现其他形式,但通常会影响65岁以上的人。 随着疾病的发展,患者失去了记住信息的能力,在极端情况下,他们失去了长期记忆,说话,导航和照顾自己的能力。 在这种病理学中许多认知障碍的原因是神经元和突触的变性,导致大脑皮层萎缩。
小胶质细胞是神经炎症的主要参与者之一,暴露于多种刺激之一即缺氧,创伤,中风以及诸如病毒,细菌和毒素之类的因素后就变得活跃。 当淀粉样蛋白斑块和tau蛋白簇出现时,细胞也会被激活。 这两个因素-tau蛋白的神经原纤维缠结和神经炎症-是阿尔茨海默氏病的关键症状。
友情链接验尸病理学家检查后发现,患者大脑中的小胶质细胞活化过多。 显然,在存在促炎性细胞因子的情况下,大脑的巨噬细胞丧失吞噬淀粉样蛋白β(一组形成特征性斑块的肽)的细胞外积累的能力。 此外,增加的细胞因子(如白介素1β)的浓度可防止突触的形成,这解释了它们在病理过程中的丧失。
老年痴呆症的神经炎症考虑到慢性炎症对大脑造成的巨大损害,已经提出抑制炎症的物质可以治疗该疾病或至少降低其发展的可能性。 有证据表明布洛芬等非甾体类抗炎药(NSAID)可以减轻淀粉样斑块引起的炎症,但由于副作用的高风险,尚未完成临床试验。 NSAID目前不被认为可用于治疗阿尔茨海默氏病,并且尚无任何临床试验证明NSAID具有预防或降低罹患该疾病风险的能力。
最近的研究普遍怀疑每天服用低剂量的阿司匹林和其他潜在的非甾体抗炎药是否有益。 在最有影响力的同行评审医学期刊之一《柳叶刀》上发表的一项研究没有证实服用这种药物有任何益处,在该期刊上,医生和科学家对超过12,000名患有中度心脏病风险的患者进行了监测。
友情链接帕金森氏病神经炎症
但是对于剩下的神经退行性疾病呢?
以帕金森氏病为特征,基底神经节的神经元大量分泌多巴胺,神经炎症几乎是该病的主要成分。患有帕金森氏病的人无法控制自己的动作,他们的手开始摇晃,笔迹恶化。患者开始缓慢行走,难以行走。所有这些都是疾病的早期表现。随着时间的流逝,抽象的思维和注意力控制会恶化,并出现幻觉。被诊断的人中有近50%患有后者。死后大脑的早期研究揭示了促炎细胞因子的全部组成,包括白介素1、2、6,干扰素γ,肿瘤坏死因子α等。在患者的脑脊液中观察到相同的集合。还检测到可直接和间接导致神经元死亡的高浓度一氧化氮和超氧化物。友情链接然而,尽管在所介绍的病理学研究中取得了巨大的成功,研究人员发现很难确定神经炎症是疾病的原因还是后果。可以肯定的是:游戏中一旦涉及炎症,它将成为关键角色。流行病学研究证实了这一点。2010年进行的荟萃分析显示,与阿兹海默症不同,除阿司匹林外,非甾体抗炎药可以降低患帕金森氏病的风险。链接许多神经退行性疾病的一个特征是随着年龄的增长其发展的风险增加。由此可以假定神经炎症和衰老也以某种方式联系在一起。衰老中的神经炎症
脑细胞生存和死亡,这是正常的生命周期。神经元逐渐被星形胶质细胞替代,并且在其死亡过程中弹出的细胞因子控制炎症和恢复。因此,在任何选定的时间点,大脑中都存在一定水平的促炎细胞因子。但是,随着年龄的增长,神经胶质中炎症的标记会变大,此外,它们还会在刺激过程中导致过度的免疫反应。小胶质细胞变活跃。随着年龄的增长,也会出现认知功能障碍-记忆,言语,抽象思维-尽管程度要小于神经退行性疾病。一般而言,衰老可被视为轻度认知障碍的主要风险。老年人在感染或压力期间或之后经常表现出认知障碍的迹象。这些观察结果已在小鼠的实验室实验中得到证实,小鼠的认知障碍可以由给予脂多糖(免疫反应在细菌壁上形成的组分)引起,但可以通过使用白藜芦醇(一种强抗炎剂)来减轻。友情链接海马衰老
中枢神经系统衰老的任何描述都始于海马体,即负责记忆形成的大脑区域。它在正常衰老和阿尔茨海默氏病中均受到影响。除了记忆外,海马还使研究人员对压力产生了兴趣。由于海马是负责停止糖皮质激素产生的重要反馈元素,因此密切关注慢性应激对其衰老的影响。在海马衰老的早期研究中,研究表明,老年人中神经元数量明显减少。但是,在后来的使用精确技术的研究中,生理学家发现,年轻人和老年人海马中神经元数量的差异很小。如通过磁共振成像所测量的,海马体积也出现了非常相似的情况。可靠地知道,海马体积越小,老年人的记忆力越差。幸运的是,有研究表明适度的有氧训练有助于维持海马体的体积。
皮质醇对应激状态下大脑部分的影响由于海马神经元具有大量的糖皮质激素受体,因此它们容易承受长时间的应激。在遭受严重和长期创伤压力的人中,海马萎缩的速度快于大脑其他部位。在创伤后应激障碍,精神分裂症和抑郁症中观察到类似的效果。有趣的是,服用抗抑郁药即使不能帮助治疗其他症状,也可以减缓抑郁症的萎缩。精神疾病中的神经炎症
通常,在抑郁症周围会形成有趣的图画。其原因仍然未知。最受欢迎的5-羟色胺理论不断受到批评。同时,患有慢性炎症的患者常常表现出抑郁的体征和症状。今年,发表了一项研究,科学家确定由社会因素等引起的心理压力会增加小鼠大脑中的炎症水平。小鼠定期与一个好斗的雄性相遇10天。这种压力导致前额叶皮层(负责决策的大脑区域)中活化的小胶质细胞分泌的肿瘤中白介素1和坏死因子的数量增加。这种侵犯最终导致严重的抑郁症发作,可以通过中和炎症来治愈。实验条件下描述的睡眠障碍导致与社会压力相同的先天免疫受体的激活。链接由于神经炎症在精神疾病(抑郁症,精神分裂症,躁郁症)中起着关键作用,这种现象变得非常令人好奇,因为这些实验的结果表明,这些疾病可以在通过生活方式纠正之前很长的时间就可以预防,饮食和睡眠方式。友情链接下丘脑衰老
与海马不同,海马的变化解释了随着年龄的增长出现认知障碍,下丘脑可能控制衰老。大脑中的这种结构类似于扁桃体,是人体神经系统和内分泌系统之间的桥梁。它有助于调节行为和许多基本需求,例如饥饿,睡眠,恐惧和侵略。因此,随着年龄的增长,构成下丘脑的分泌神经细胞的稳态被破坏,并且表现出与衰老相关的表现。在这个方向上的首次搜索涉及建立各种激素(通常是性激素)的反馈链。但是,反馈的干扰以及对雌激素,胰岛素,生长激素和其他调节分子的抗药性的出现是后果,而不是原因。解释稳态丧失的细胞和分子机制仍不清楚。在过去的几年中,已经研究了几种与年龄相关的变性过程的发生和发展有关的分子途径和基因。在研究人员中,sirtuins,SIRT,哺乳动物雷帕霉素靶蛋白,mTOR,转录因子NF-kB等受到广泛欢迎。mTOR是一种属于蛋白激酶家族的酶,是抗癌药物雷帕霉素的靶标。对震颤,蠕虫,苍蝇和某些哺乳动物进行研究的结果表明,雷帕霉素能够延长这些模型生物的寿命。因此,mTOR在人们的预期寿命的中心,进化保守的决定因素中赢得了声誉。mTOR对胰岛素和生长因子非常敏感;他控制着细胞的新陈代谢,细胞的生长和存活。但是,在长期的强烈刺激下,mTOR的过度工作会导致氧化应激,损伤累积和细胞衰老,这是细胞炎症反应的所有征兆。转录因子NF-kB的激活有助于炎症反应的进一步发展,因为它控制着负责其维持的基因。最近的科学研究表明,食物中热量的持续过量会导致下丘脑炎症反应的发展。过度的神经炎症
营养过量会产生“多米诺骨牌效应”。首先,内质网受其困扰-腔,小泡和小管的分支网络,与大量代谢功能有关:蛋白质和脂质的转运,钙积累等。当这种重要的类器官在下丘脑的小胶质细胞中承受压力时,NF-kB在这些细胞中被激活。小胶质细胞通过促炎性细胞因子(例如肿瘤坏死因子α和白介素1β)与神经元持续通讯。它们表达的增加激活了分泌神经元中的NF-kB,抑制了性腺激素的生成,该激素控制着垂体促性腺激素的生成,并促进了胰岛素和瘦素的抵抗。随着时间的流逝,这会减弱下丘脑的动态平衡。这种失调与全身性衰老和年龄依赖性疾病的发展有关-糖尿病,肥胖症,心血管疾病,痴呆症和生殖功能障碍。www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2586330www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3756938www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23636330www.ncbi.nlm.nih .gov / pmc /文章/ PMC4313775干细胞与神经炎症
2013年,阿尔伯特·爱因斯坦医学院的研究人员发现了下丘脑的干细胞,他们认为该细胞也能够控制身体的衰老。他们报告说,作为研究对象的小鼠的下丘脑干细胞数量随着时间的推移而减少。到了两年(成年小鼠的年龄),它们不再拥有这些细胞中的大多数。实验人员将干细胞移植到正常小鼠以及先前破坏了下丘脑干细胞的小鼠身上。两组均显示出延迟衰老的迹象。事实证明,特定的miRNA是这种现象的关键效应器。这组分子与普通RNA的不同之处在于它们不参与蛋白质合成过程,而是参与细胞中其他基因表达的调节。细胞可以在特殊容器-外泌体中分泌microRNA。为了证实他们的假设,实验者分离了下丘脑干细胞的外泌体,并注射入脑脊液正常小鼠和破坏了下丘脑干细胞的小鼠中。结果超出了所有人的预期:两组小鼠的成长都更加缓慢-他们评估了肌肉力量,运动协调性,社交行为和认知能力。链接尽管已经知道了几种在炎症中起重要作用的miRNA,例如miR-107,miR-155和miR-223,但尚未研究该microRNA导致衰老的原因。MicroRNA研究仍只是旅程的开始,关于如何将其用于增加健康预期寿命的见解可能在不久的将来等待着我们。结论
如您现在所见,神经炎症是一个极其复杂的过程。 有了它,Celsus并没有描述炎症的经典表现,即发红,热和疼痛肿胀。 但是,在神经炎症中,分子和细胞机制与炎症中的部分相同。 在这两种情况下,都涉及信号分子或细胞因子,例如白介素,趋化因子和肿瘤坏死因子。 一个过程和另一个过程都具有积极和消极的一面。
这些过程的关键是人体试图以可用的方式修复受损的组织。 有区别。 脑组织中常存在的巨噬细胞是小胶质细胞。 它们在人体其他组织中找不到。 除了星形胶质细胞的激活,神经组织还可以形成神经胶质,而不是通常的疤痕。
神经组织,特别是中枢神经系统的炎症具有深远的后果也就不足为奇了。 神经炎症与衰老,年龄相关的病理,肥胖和某些类型的痴呆有关。
尽管健康在很大程度上取决于遗传因素,但我们的行为也部分决定了我们的生活和年龄。 适度的身体活动以及适度,健康和多样化的饮食,健康的睡眠可以减少神经炎症,并延长大脑和身体的健康。 即使这是“某种抑郁症”并会自行消失,也有必要及时寻求医生的帮助。 而且也不要参与公开发表的自我疗养和算命,这已经成为我们社会上取代Google的诊断方法。
www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4588685www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25527485作者瓦西里·茨维科夫(Vasily Tsvetkov)