دانلود رایگان ترجمه مقاله پیامدهای درمانی فعال سازی میکروگلیا (ساینس دایرکت – الزویر 2017)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

در پاتولوژی CNS، فنوتیپ های میکروگلی در پاسخ به سیگنال های خاص موجود در پارانشیم مغز، تغییر می کند. به عنوان مثال، ترشح adenosine triphosphate (ATP) و کلسیوم خارج سلولی می تواند به حرکت میکروگلی ها به طر موضع جراحت و قطبی شدن این سلول های جهت فعالسازی و افزایش تعداد شاخه های سلول کمک می کند. میکروگلی به عنوان اولین خط دفاعی ایمنی ذاتی پاسخ را بر می انگیزد و آنها به وضعیت فنوتیپ M1 فعال می شوند، که شامل بیان شناساگرهای میلوئید و تغییر از حالت پر شاخه به فنوتیپ فاگوسیت کننده می شود. این پروسه de-ramification نام دارد که طی آن شاخه های میکروگلی رفته رفته کوتاه شده و از بین می رود و بدنه سلول بزرگ تر و حجیم تر می شود تا جایی کخ مرفولوژی نهایی سلول به شکل آمیب در می آید. پاسخ میکروگلی همچنین شامل سیگنالینگ از طریق گیرنده های شناخت الگو (PRRs)، کانال های یونی و گیرنده های نوروترنسمیتر می شود که منجر به تولید سیتوکاین های پیش التهابی مانند فاکتور نکروز دهنده تومور (TNF) و IL-1β، کموکاین هایی نظیر CC-chemokine ligand 2 (CCL-2) و نیتریک اکسید (NO) می شود. متعاقبا، میکروگلی می تواند به عنوان بخشی از سیستم ایمنی تطبیقی از طریق تعدیل بیان فاکتور سازگاری بافتی (MHC) کلاس 2 برای ارائه آنتی ژن به سلول های T و ترشح سایر سیتوکاین های پیش التهابی مانند IL-12, IL-23 یا IL-6 برای القاء سلول های Th1 یا Th17 عمل کند. همه این پاسخ ها در ارتباط با فرآیندهای التهابی مانند تروما، ایسکمی و یا وجود هر نوع عفونت در CNS رخ می دهد و همه این موارد با آسیب به اعصاب همراه است.
پس از آغاز فعالسازی کلاسیک میکروگلی، برای حذف پاتوژن یا محدود سازی آسیب عمل می کند و فاز ضد التهابی و ترمیمی جهت بازگردانی تعادل بافتی و جلوگیری از آسیب بیشتر و التهاب های مزمن آغاز می گردد. برای اجرای فاز ترمیمی، میکروگلی به وضعیت فعالسازی جایگزین M2 تغییر وضعیت می دهد، رفتار ضد التهابی آن ارتقاء می یابد و ژن های ترمیمی بیان می شود تا هر نوع التهاب را سرکوب کند. مفهوم فعالسازی جایگزین ماکروفاژ اولین بار در دهه 90 میلادی مطرح شد، بهمراه آزمایش های پیش قدمی که IL-4 را به عنوان محصولی از لنفوسیت Th2 نشان می داد که باعث القاء فنوتیپ مشخصی از ماکروفاژ می شد که از تیپ القاء شده توسط IFN-γ کاملا متمایز بود. این فنوتیپ جایگزین با ترشح اندک سیتوکاین های پیش التهابی و بیان افزایش یافته آنتی ژن MHC-II برجسته می شود. گزارشات بعدی نشان دادند که این سلول ها همچنین باعث افزایش بیان C-type mannose receptor 1 (CD206) می شوند، همچنین آنها می تواند تولید سیتوکاین های ضد التهابی (IL-4, IL-10, IL-13) و فاکتورهای دخیل در ترمیم و بازسازی بافت مانند فاکتورهای رشد (IGF-1, TGF-β)، arginase-1 (Arg-1) و chitinase-3-like protein 3 را افزایش دهند. آزمایشات درون تنی نشان داده اند که ماکروفاژهای جایگزین با تغییر ساختار بافتی، تعدیل ایمنی، رگزایی، پاسخ وابسته به التهاب و آلرژی مرتبط هستند. برعکس، اطلاعات بسیار اندکی در مورد فعالسازی میکروگلی در محیط درون و برون تنی در دسترس است، هرچند که به دنبال توصیف مسیر جایگزین میکروگلی این فنوتیپ را با تغییر مدل بافتی در آسیب های نخاعی، سکته و تخریب میلین مرتبط دانسته اند.
قابل توجه است که برخی از شناساگرهای فنوتیپ های M1 و M2 فقط در ماکروفاژها و نه در میکروگلی ها بیان می شود. در حقیقت، توانایی میکروگلی انسان و ماکروفاژهای مشتق از خون برای بیان شناساگرهای M1 و M2 اخیرا با آزمایشات PCR به خوبی ترسیم شده است. نشان داده شده است که توانایی میکروگلی در تنظیم پروفایل M2 نسبت به ماکروفاژ دقیق تر و سرسخت تر است، در حالی که شناساگر M1 در هر دو سلول به یک اندازه القاء می شود. با این وجود، اندکی سردرگمی در ارتباط با Arg-1 وجود دارد، چراکه ظاهر آن در میکروگلی انسان بحث برانگیز است. به طور مشابهی، گیرنده CD206 توسط میکروگلی های پارانشیمی در مقایسه با ماکروفاژهای اطراف عروقی یا شبکه کرونوئید بیان نمی شود و میکروگلی M2 انسانی سایر شناساگرها مانند Chi313 یا CD23 بیان نمی کند. به طور خلاصه عامل قطبی کننده و تاثیر فعالسازی جایگزین ماکروفاژ بر فنوتیپ M2 هنوز نیاز به مطالعه و آزمایشات بیشتر دارد و این مسئله امید بسیاری را برای درمان بیماری های التهابی سیستم عصبی و آسیب های CNS بهمراه دارد.

1.3 التهاب حاد در سیستم عصبی مرکزی
میکروگلی ها به عنوان سلول های ایمنی درون زاد سیستم ایمنی شناخته می شوند که به صورت دینامیک فرآیندهای التهابی مختلف ناشی از عوامل گوناگون را در CNS کنترل می کنند. از این پاسخ با عنوان neuroinflammation یاد می شود که دربردارنده ایمنی مادرزادی و تطبیقی است که شامل فاکتورهای متعدد (سیتوکاین ها، کموکین ها و سایر میانجی گرهای سیستم ایمنی) مربوط به فعالیت های میکروگلی می شود. پاسخ های Neuroinflammatory فراتر از دید کلاسیک در مورد التهاب هستند، چرا که آنها شامل پاسخ های هماهنگی هستند که میکروگلی و سایر سلول های CNS (مانند آستروسیت) را ساماندهی می کنند، این سازماندهی شامل سد خونی مغزی بهمراه فعالیت سلول های ایمنی محیطی که وارد پارانشیم CNS شده اند می شود.
محرک هایی مانند سکته، تروما، عفونت ها یا توکسین ها می توانند با سرعت زیاد به فعالسازی سیستم ایمنی در داخل CNS منجر شوند، پاسخی که برای کاستن جراحت و ترمیم آسیب ها ضروری است. این چنین محرکی در ابتدا یک عکس العمل کوتاه و سریع در برابر آسیب بروز می دهد که اغلب به آن التهاب حاد می گویند، که پاسخ محدودی است که شامل فعال سازی سلول های ایمنی مقیم، فاگوسیتوز، افزایش تعدادسلول های میکروگلی (به اصطلاح “microgliosis) و ترشح میانجی گرهای التهابی می شود. وقتی که میکروگلی ها با تکنیک های خاصی از بدن موش حذف شدند، این سلول ها از مجموعه های بسیار تکثیر پذیر در داخل CNS و مستق از پیش سازهای مغز استخوان مجددا افزایش یافتند. اینکه چگونه ماکروفاژهای موجود در گردش خون محیطی به افزایش تعداد میکروگلی ها در پاسخ های اولیه التهابی کمک می کنند، دقیقا مشخص نیست. این نظریه وجود دارد که برخی از فاکتورها مانند آدنوزین یا گیرنده های کانابینوئید در این مرحله به دینامیک و افزایش تعداد میکروگلی ها کمک می کنند. پس از این پاسخ M1، نیاز به کشتن ارگانیم مهاجم و پاکسازی منطقه آسیب دیده است، یک تغییر فنوتیپ به M2 لازم است تا پاسخ ضد التهابی آغاز شود، رگزایی افزایش یافته و مواد زائد و آسیب دیده از محیط حذف و ماتریکس خارج سلولی مجددا بازسازی شود. اگر این تغییر فنوتیپ به موقع نباشد، پس پاسخ های پیش التهابی تداوم خواهد یافت، که منجر به تولید NO و ریشه های فعال اکسیژن (ROS)، سیتوکاین ها و سایر فکتورها می شود که مب تواند به آسیب سلول ها و بافت CNS منجر شود.
برخلاف پاسخ neuroinflammatory که پس از آسیب CNS اتفاق می افتد، التهاب مزمن با طیف وسیعی از بیماری های نورودژنراتیو و نوروپاتولوژی مرتبط است. این چنین پاسخ های التهابی مزمن غیر کلاسیک به معنی فعالسازی بیش از حد میکروگلی است و می تواند توسط فاکتورهای مختلفی مانند مرگ نورونی، آسیب، یا توکسین های محیطی القاء شود. استرس نیز می تواند از طریق میکانیسم های به نظر مرتبط با کورتیکواستروئیدها و نوراپی نفرین است، باعث القاء تغییر ساختار و فنوتیپ التهابی میکروگلی شود. در حقیقت، یک التهاب پایدار در هیپوکمپ موش و انسان های مبتلا به چاقی مفرط مشاهده شده است که، پیشنهاد کننده نقش میکروگلی در آسیب نرونی منطقی ای از مغز که برای کنترل وزن است. شواهدی دردسترس است که نشان می دهد، میکروگلی یکی از دلایل التهاب مزمن مغزی است. تعریف ویژگی ها و علت فعالسازی مخرب میکروگلی یکی از زمینه های محم تحقیقاتی برای متخصصین بیماری های نورودژنرایتو است. همچنین این روند با سایر اختلالات عصبی، مانند پیر شدن و حتی حفظ درد مزمن مرتبط است. با این وجود، یک درک بهتر از دینامیک میکروگلی M1 و M2 که مرتبط با هر دو neuroinflammation حاد ومزمن است در دسترس است.
فعالسازی M1 و M2 در CNS به طور گسترده ای در ارتباط با آسیب طناب نخاعی (SCI)، بهمراه چندین گزارش از قطبی شدن دینامیک میکروگلی مرتبط با این نوع آسیب مطالعه شده است. به طور خلاصه، در پاسخ اولیه پس از جراحت، محیط آسیب دیده بافی تعدیل شناساگر هر دوی M1 و M2 را بیشتر می کند و این فرایند از روز سوم شامل افزایش پاسخ M1 و کاهش M2 می شود. به دنبال ترومای آغازین، التهاب ثانویه یه نظر می رسد که مهمترین تایین کننده اختلال در ترمیم بافتی و آسیب به طناب نخاعی باشد. در حقیقت، مطالعات برون تنی، نشان داده اند که M1 با شرایط نروتوکسیک در ارتباط است و مانع دراز شدگی آکسون می شود، در حالی که M2 باعث تشویق آکسون به رشد پس از جراحت می شود. در SCI، قطبی کردی میکروگلی به طرف فنوتیپ M2 به سیگنالینگ IL-4 بستگی دارد، که برای القاء Arg-1 در این سلول ها و ارتقاء رشد نورون ها و همچنین تزاید سلول های میلوئید IL-4Rα(+) در CNS لازم است. یک مثال دیگر از التهاب حاد، آسیب تروماتیک مغز است، به طوری که دینامیک میکروگلی به نظر می رسد نشان دهنده SCI در مرحله آغازین التهاب بهمراه هر دو نوع فنوتیپ باشد. فاز دوم نیز با کاهش بیان شناساگر های M2 و افزایش طولانی مدت پروفایل M1 همراه است. اهمیت قطبی شدن میکروگلی به طرف پروفایل M2 برای ترمیم بافت آسیب دیده پیشنهاد کننده ماهیست سرکوب کننده التهابی در ترمای مغزی است. بر همین اساس، موش های مسن با اختلال در پاسخ M2 دارای دوره های طولانی تری از آسیب هستند.
در هر دو نوع آسیب به نظر می رسد که فعال غالب تر پروفایل M1 میکروگلی به دلیل ترشح مقادیر زیاد سیتوکاین های پیش التهابی مانند TNFα یا IFNγ در بافت آسیب دیده است. چندین استراتژی برای خود داری از این وضعیت بررسی شده است. بدین ترتیب، در کنار درمان rosiglitazone برای القاء پاسخ ضد التهابی، اثرات مفید فعالسازی جایگزین میکروگلی در SCI به دنبال انتقال سلول های بنیادی، تزریق داخل وریدی ماده P و تزریق granulocyte colony-stimulating factor بررسی شده است. نهایتا، در یک مورد شرایط neuroinflammatory دیگر، مانند آسیب ناشی از ایسمیک پرفیوژن متعاقب سکته، پروفایل M1 غالب تر است که باعث آسیب عصبی و مرگ سلولی می شود. در این شرایط، فقدان برخی از سیگنال ها که از قطبیت M2 مشتق می شوند، آثار مخربی دارند، چراکه موش های فاقد IL-10 یا IL-4 مقادیر بیشتری از آنفارکتوس را بروز می دهند. به طور خلاصه، در این موقعیت ها، تعادل بین پروفایل میکروگلی M1 و M2 برای کنترل آسیب بافتی اساسی است و خودداری از عوارض ناخواسته مانند التهاب مزمن و نروتوکسیسیتی مهم است.

1.4 التهاب مزمن در سیستم عصبی مرکزی: چشم انداز فنوتیپ M2 ≥ M1 برای ارتقاء ترمیم بافتی
برخلاف التهاب حاد نرونی، واژه التهاب مزمن نرونی برای مواقعی که پاسخ های التهابی طولانی مدت و با دوام هستند به کار برده می شود. این شامل فعالسازی طولانی مدت میکروگلی با ترشح پایداری میانجی گرها و کموکاین های التهابی و همچنین افزایش استرس اکسیداتیو و نیتروزاتیو است. علاوه بر نقش محافظتی همانند neuroinflammation حاد، ماهیت طولانی این نوع از پاسخ اغلب مخرب و با آسیب CNS و تخریب BBB است که باعث افزایش ورود ماکروفاژهای محیطی به داخل CNS و تزاید التهاب می شود. بیماری های نورودژنراتیو می تواند به سایر بیماری های التهابی غیر مزمن مانند آترواسکلروز در صورت فعالسازی M1 ماکروفاژ که باعث فعالسازی التها با سطح اندک می شود، ربط داشته باشد. بنابراین، نقش میکروگلی در بیماری های نورودژنراتیو اخیرا بررسی شده است و مطالعات پیشنهاد می کنند که پاسخ های neuroinflammatory ممکن است با قبل از کاهش چشمگیر جمعیت نرون ها صورت پذیرد.
بیماری آلزایمر (AD)، پارکینسون (PD) و MS برخی از اختلالات نرودژنراتیو با اجزای neuroinflammatory هستند که در آنها، چگونگی پروفایل فعالسازی میکروگلی یک سرنخ اساسی برای دست یابی به وضعیت بیماری، پیامدهای حاصل از آن و رهیافت های دارویی محتمل است (شکل 3). گرچه تلاش های زیادی شده تا برخی از مکانیسم های که فعالسازی میکروگلی را در پاسخ neuroinflammatory حاد کنترل کنترل می کند، شناسایی گردند، اما تلاش های مضاعف دیگری همچنان مورد نیاز است تا میانجی گرهای پاتولوژیک در بافت نرودژنراتیو توسط میکروگلی های تولید می شوند،شناسایی گردند و فاکتورهای محیطی میکروگلی ها را به این شکل سوق می دهند شناسایی شوند.

1.4.1 بیماری آلزایمر
در اواخر ده 80 میلادی گزارش شد که میکروگلی ها در نزدیکی پلاک های آمیلوئید مغز افراد مبتلا به AD مستقر می شوند و شواهدی بوجود آمد که neuroinflammation و AD بایکدیگر در ارتباط هستند. در حقیقت، چندین گزارش ماهیت التهابی آمیلوئید بتا (Aβ) را برجسته می کند، به طوری که آن می تواند به چندین گیرنده ایمنی ذاتی متصل شود که در میکروگلی وجود دارند. این امر منجر به ارائه فرضیه آبشار التهابی آلزایمر شد. به طوری تجمع Aβ می تواند باعث القاء neuroinflammation شود که متعاقبا آن Aβ بیشتر می شود و یک چرخه معیوب به وجود می آید که با neurodegeneration و التهاب همراه است. در مورد فنوتیپ میکروگلی، یک مطالعه برجسته نشان داد که موش های APP/ PS1، مدل موشی ترانسژنیک AD، تغییر از M2 به پاسخ M1 پس از 18 ماه پاتوژنز که با کاهش بیان شناساگر Ym1و افزایش فاکتورهای التهابی است. این شرایط ممکن است نشان دهد که در بیماری آلزایمر، و احتمالا در ارتباط با سن، افزایش التهاب بهمراه فقدان پاسخ القایی میکروگلی M2 می تواند به دلیل کاهش گیرنده های IL-4α وابسته به سن در این سلول ها است. یک زمینه دیگر از آزمایشات برون تنی وجود دارد، از آنجایی که قطبیت M1 میکروگلی مانع فاگوسیتوز Aβ می شود، در حالی که محرکی مانند IL-4 یا IL-10 که کارایی پروفایل M2 را از طریق فاگوسیتوز LPS به طور چشمگیری ارتقاء می دهد. بنابراین، به نظر می رسد که پاسخ التهابی درباره فعالسازی کلاسیک ممکن است با توانایی میکروگلی برای حذف Aβ تداخل نماید. همچنین گزارش شده است که تیمار حاد با LPS باعث کاهش بار Aβ در موش های ترانسژنیک APP می شود و حذف سنتز نیریک اکسید قابل القاء (iNOS) دارای اثر محافظتی در ارتباط با تشکیل پلاک در موش APP/PS1 است. با این وجود، گزارشات ضد و نقیص چاپ شده اند، مانند اینکه نقش سیتوکاین های التهابی در اختلال حذف Aβ تا حدودی نامشخص باقی مانده است. بطور معکوس، قطبی شدن میکروگلی به طرف وضعیت فعالسازی جایگزین در مدل AD گزارش شده است که مفید باشد. بعنوان مثال، پس از تزریق داخل مخی IL-4 و IL-13 موش های APP23 یا پس از تزریق داخل هیپوکمپی adeno-associated virus (AAV) حامل سکانس IL-4 در مدل APP/PS1، کاهش پلاک های Aβ با درک بهبود یافته که می تواند باعث کاهش پاتوژنسیته می شود. در انسان ها، شرایط با پیچیده تر می شود، چراکه میکروگلی بیماران AD پروفایل مختلطی از فعالسازی جایگزین و کلاسیک را نشان می دهد. آنالیز های میکرو آرایش پس از مرگ نمونه های مغز از بیماران AD نشان می دهند که افزایش میانجی های پیش التهابی مانند IFN-γ و IL-1β، بهمراه افزایش MHC-II و افزایش قابل توجه در میزان mRNA مربوط به TNFα، Arg-1 یا CD206 در حالی که میزان iNOS و IL-1β بی تغییر ماند. روی هم رفته، ناهمخوانی های ناشی از نتایج مدل های برون تنی AD و آنالیز بافت مغز افراد مبتلا به AD، پیشنهاد می کند که محیط پیچیده در CNS پاسخ میکروگلی به پلاک Aβ و پاکسازی آنها را تحت تاثیر قرار می دهد.

2 بیماری پارکینسون
شواهدی وجود دارد که نشان می دهد، چندین میکروگلی فعال شده در قسمت فوقانی ubstancia nigra (SN) نرون های بیماران مبتلا به PD یا برخی از سندروم های مربوط به آن وجود دارد که به سایر قسمت های مغز مانند هیپوکمپ، پوتامن، سینگولیت و قشر گیجگاه گسترش می یابد. در PD فامیلی، α-synuclein یک از رایج ترین ژن های پاتولوژیک تغییر یافته است و پروتئین های جهش یافته می توانند توده هایی را به وجود آورند که حاوی اجسام Lewy است. نشان داده شده است که α-synuclein از نرون های دوپامینوژنیک (DA) مرده یا در حال ترشح می شود که باعث فعال شدن میکروگلی به طرف فنوتیپ M1 می شود که با افزایش تولید سیتوکین های پیش التهابی و ریشه های فعال اکسیژن (ROS) همراه است. علاوه براین، هنگام افزایش بیش از حد بیانα-synuclein، منجر به تبدیل میکروگلی به فنوتیپ بسیار فعال M1 می شود و کمبود α-synuclein باعث کاهش ظرفیت فاگوسیتی میکروگلی می شود، درحالی که افزایش میانجی گرهای التهابی پس از تحریک LPS مشاهده می شود. در بیماری پارکینسون، فعالسازی میکروگلی ممکن است توسط توکسین های محیطی، پروتئین معیوب یا مخرب انجام گیرد. فقدان انتخابی نرون ها در بیماران SN و PD ممکن است این ساختار را خصوصا به عوامل التهابی خطرناک سازد و در حقیقت، کمبود گلوتاتیون و مقادیر بالای آهن باعث بدتر شدن اوضاع سیستم ردوکس می شود. برخی از فاکتورها که می توانند توسط نرون های DA و میکروگلی های ترشح شوند شامل متالوپروتئیناز 1 ماتریکس (MMP3) و ساختار حاوی ملانین، اجزای لیپیدی و پپتیدها با نام نروملانین می شود.خصوصا، نشان داده شده است که توکسین محیطی 1-Methyl-4-phenyl1,2,3,6,-tetrahydropropyridine (MPTP) می تواند به طور غیر مستقیم میکروگلی را فعال کند. در کشت neuron–glia، یک متابولیت فعال MPTP، 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+) افزایش MMP 3 بهمراه افزایش فعالسازی میکروگلی را القاء می کند که به نرودژنراسیون سلول های DA منتهی می شود. در حقیقت، پاسخ به MPTP به عنوان مدلی از PD در ارتباط با فعالسازی میکروگلی کاهش می یابد و نرودژنراسیون DA در موش های MMP3 مشاهده شد. در مورد تغییرات دینامیک میکروگلی در PD اطلاعات اندکی در دسترس است، که باعث کاهش کارایی درمان در تغییر تعادل M1/M2 می شود. به عنوان مثال، زهرزدگی با MPTP پروفایل M1 القاء می کند که این امر با ترشح میانجی گرهای پیش التهابی و فعالسازی NAPDH اکسیداز و مسیر NF-Κb به اثبات رسیده است. با این وجود، هیچ تغییری در بیان شناساگرهای M2 در مدل موشی PD مشاهده نشده است که بیان بیش از حد α-synuclein انسانی، منجر به افزایش در سیتوکین های ضد التهابی IL-4, IL-13 یا درArg-1 می شود. مطالعات بیشتر در مورد پاتولوژی PD باید صورت بگیرد تا دستکاری سودمند فنوتیپ های میکروگلی نجام شود تا امیدی برای درمان AD پیدا شود.