زيادة وقت الاسترداد وانخفاض إدارة LPS لدراسة آليات تحفيز عصب فاجوس في الاستجابات الالتهابية محدودة
Summary
Vagus nerve stimulation has proven to have a strong efficacy for decreasing peripheral inflammation. Here, we present a modified vagus nerve stimulation protocol that allows for further examinations of the cholinergic anti-inflammatory mechanisms in limited inflammatory responses.
Abstract
Inflammation is a local response to infection and tissue damage mediated by activated macrophages, monocytes, and other immune cells that release cytokines and other mediators of inflammation. For a long time, humoral and cellular mechanisms have been studied for their role in regulating the immune response, but recent advances in the field of immunology and neuroscience have also unraveled specific neural mechanisms with interesting therapeutic potential. The so-called cholinergic anti-inflammatory pathway (CAP) has been described to control innate immune responses and inflammation in a very potent manner. In the early 2000s, Tracey and collaborators developed a technique that stimulates the vagus nerve and mimics the effect of the pathway. The methodology is based on the electrical stimulation of the vagus nerve at low voltage and frequency, in order to avoid any side effects of overstimulation, such as deregulation of heart rate variability. Electrical devices for stimulation are now available, making it easy to set up the methodology in the laboratory. The goal of this research was to investigate the potential involvement of prostaglandins in the CAP. Unfortunately, based on earlier attempts, we failed to use the original protocol, as the induced inflammatory response either was too high or was not suitable for enzymatic metabolism properties. The different settings of the original surgery protocol remained mostly unchanged, but the conditions regarding inflammatory induction and the time point before sacrifice were improved to fit our purposes (i.e., to investigate the involvement of the CAP in more limited inflammatory responses).
The modified version of the original protocol, presented here, includes a longer time range between vagus nerve stimulation and analysis, which is associated with a lower induction of inflammatory responses. Additionally, while decreasing the level of lipopolysaccharides (LPS) to inject, we also came across new observations regarding mechanistic properties in the spleen.
Introduction
توفر الحصانة الفطرية على السطر الأول الفوري للدفاع ضد العدوى والأمراض في مجموعة واسعة من الكائنات الحية. ليس فقط أنه يبدأ الاستجابة المناعية الأولية للقضاء على التهديد، ولكنه أيضا يلعب دورا محوريا في تفعيل وتثقيف حصانة التكيفية التي تنفذ الاستجابات المناعية الثانوية بطريقة الممرض محددة. ومدبرة التهاب مجموعة كبيرة من السيتوكينات و chemokines، والتي بدورها لديها القدرة على جذب الخلايا المناعية الأخرى إلى موقع الإصابة وللحث على علامات رئيسية من التهاب، مثل احمرار، تورم، ألم، وفقدان الوظيفة، والحمى . مدة وشدة الالتهاب تعتمد على عدة عوامل، ولكن حل الالتهاب واستعادة التوازن هو خطوة حاسمة لتجنب ظهور الأمراض الالتهابية المزمنة. وقد تكشفت التطورات الحديثة في مجال علم الأعصاب وعلم المناعة الآليات العصبية المحددة مع الإمكانات العلاجية الهائلة للسيطرة على inflammation سواء في الجهاز العصبي المركزي وفي الهامش. واحدة من هذه الآليات هو الكوليني المضادة للالتهابات مسار (CAP)، المعروف أيضا باسم منعكس التهابات، التي يقودها الجهاز العصبي اللاإرادي 4 و 5.
ويعتقد حاليا أن وسطاء التهابات تنشيط الأعصاب الحسية وترسل إشارات بشأن حالة التهاب في الجهاز العصبي المركزي. ثم يتم تنشيط استجابة رد الفعل من خلال العصب المبهم صادر. كشفت دراسة موسعة على التفاصيل التشريحية للCAP نموذج السمبتاوي-متعاطفة تتألف من اثنين من الأعصاب، والعصب المبهم وعصب الطحال، على التوالي 6. في CAP، ينتهي الكوليني العصب المبهم صادر تفعيلها في العقدة-الاضطرابات الهضمية المساريقي، مما أدى إلى تنشيط العصب الطحال الأدرينالية من خلال آلية لم يتم اكتشافها بعد. ومن المعروف أن العصب الطحال، وبالتالي تفعيلها، إلى الداخليةفاتي على مقربة من الخلايا المناعية في اللب الأبيض، منطقة هامشية، واللب الأحمر في الطحال، وأصل الدين والجهاز الإلزامي للCAP 7 و 8. بافراز (NE) من النهايات العصبية الطحال بربط المقابلة مستقبلات الأدرينالية β 2 أعرب عن الخلايا الليمفاوية T الطحال. هذا يدفع كولين أستيل ترانسفيراز (الدردشة) أستيل بوساطة (ACH) الإفراج عنهم، وهذا بدوره ينشط α7 مستقبلات النيكوتين أستيل (α7nACh) على الضامة، مما يحد من إنتاج السيتوكينات والتهاب 2. ونتيجة لذلك، فمن الواضح الآن أن الجهاز العصبي هو قادرة على تنظيم الالتهاب في الأنسجة الطرفية واستعادة توازن المناعة المحلي.
كاسم مسار يوحي، ونظام أدن تشافيز له أهمية مركزية لعمل هذا التنظيم مسار الاعصاب المناعي. ومن المثير للاهتمام، والآليات التي تشارك في تفعيليبدو أن CAP أن تكون مختلفة في محيط وفي الجهاز العصبي المركزي. وفي الوقت الذي ظهر على أهمية مستقبلات النيكوتين (α7nAChR) في الطحال في وقت سابق من 9 مستقبلات المسكارينية (mAChR) إلزامية لتفعيل المركزي للمسار 10 و 11. وفي الآونة الأخيرة، والإدارة الطرفية من المفعول مركزيا M1 ناهض المسكارينية قمعت بشكل ملحوظ في الدم وورم الطحال عامل نخر α (TNFα) خلال endotoxemia الفئران القاتل، وهو العمل الذي يتطلب العصب المبهم سليمة والعصبية الطحال مما يشير إلى 12. لقد أظهرنا أيضا في الآونة الأخيرة أن الفئران التي تفتقر إلى البروستاجلاندين E 2 (PGE 2) لم تكن قادرة على الاستجابة لتحفيز العصب المبهم، ولم أسفل تنظم إطلاق سراح الناجم LPS-السيتوكينات في المصل والطحال 3. ولذلك، فإن CAP ويمكن أيضا أن ينظم من قبل أنظمة أخرى غير pathw أدن تشافيز الرئيسيةعبد المنعم يوسف.
وقد سميت العصب المبهم على هذا النحو لأنه بطبيعة الحال تجول في الجسم، والتعصيب الأجهزة الرئيسية بما فيها الكبد والرئة والطحال والكلى والأمعاء 13. النظر في هذا تعصيب كبير وتأثير مناعة قوية جدا من العصب المبهم، فإن إمكانيات العلاجية للCAP تغطي مجموعة واسعة من الحالات الالتهابية. العصب المبهم يمكن أن يكون كهربائيا (أو ميكانيكيا) تنشيط، مع السيطرة على الجهد والتردد، والعكس مع العلاج التقليدي، مع عدم وجود الأدوية إضافة إلى الجسم. هي المحاكمات الجارية حاليا في مرضى الروماتيزم، على سبيل المثال، لاختبار الأهمية السريرية لVNS في علاج التهاب مزمن 14. وإجمالا، فإن البلاغ والسيطرة على الالتهاب العصبي المناعي حاليا قيد التحقيق، والذي سيوفر إمكانية علاج بديلة للعلاج التقليدي. لذلك، وتحليل العصب المبهم stimulatioتأثير ن في أجهزة معصب مختلفة، ولكن أيضا توصيف عمل العلاجية المحتملة في نماذج حيوانية من التهاب مزمن، بالتأكيد تعطي رؤى ويأمل لأهداف علاجية جديدة محتملة.
منهجية الأصلية التي وضعتها تريسي وزملاؤه 4 لا يمكن نقلها إلى مجالنا من الأبحاث بسبب فرط الاستجابة الالتهابية (عن طريق جرعة قاتلة من LPS) ونطاق زمني قصيرة جدا بين تفعيل CAP وقراءة المغادرة. في هذه الورقة، وسوف نقدم التغييرات التي أدخلت على بروتوكول الأصلي، مقارنة بين المنهجيات المختلفة على مستويات خلوى، وتسليط الضوء على مراقبة جديدة ومعاكسة على الجهاز المستهدف (الطحال).
Protocol
Representative Results
Discussion
منذ اكتشافه في وقت مبكر 2000s، آليات CAP تم دراسة وافية. لدينا الآن صورة جيدة عن الطريق، وعلى وجه الخصوص، الجهاز المستهدف، والطحال، حيث NE، خلايا الذاكرة T، منظمة العمل ضد الجوع، والضامة العمل كفريق واحد فعال جدا إلى أسفل تنظيم وسطاء التهابات 2. ونحن أيضا نشرت …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The study was supported by the Swedish Research Council, the Swedish Rheumatism Asociation, Karolinska Institute Foundations, Stockholm County Council, The Wallenberg Foundation, and the GV 80 Years’ Foundation for research. The authors would also like to thank Hannah Aucott for proofreading the manuscript.
Materials
| Computer | Toshiba | – | Any computer is actually compatible |
| MP-150 data acquisition system | Biopac Systems | MP150WSW | |
| Acknowledge software | Biopac Systems | ||
| Mice C57Bl/6 | Charles River | ||
| Anesthetic machine | Simtec Engineering | ||
| Medical oxygen bottle | AGA | 107563 | |
| Medical air bottle | AGA | 108639 | |
| Vetflurane (1000mg/g) | Virbac | 137317 | |
| LPS | Sigma-Aldrich | L2630 | |
| Saline | Merck Millipore | 1024060080 | |
| PBS 10X | Sigma-Aldrich | P5493 | Diluted 10 times for used concentration |
| Syringe (1 ml) | BD Plastipak | 303172 | |
| Needles 23G | KD-FINE | 900284 | 0.6 x 30 mm (blue) |
| Microdissecting forceps (curved) | Sigma-Aldrich | F4142 | |
| Dissecting scissors | Sigma-Aldrich | Z265969 | |
| Surgical suture 4-0 | Ethicon | G667G | |
| Euthanasia unit | Euthanex Smartbox | EA-32000 | |
| Cavilon No Sting Barrier Film | 3M Health Care | 3346N | |
| TH1/TH2 9-Plex assay, ultrasensitive kit | MesoScale Discovery | K15013C-1 |
References
- Nathan, C. Points of control in inflammation. Nature. 420 (6917), 846-852 (2002).
- Rosas Ballina, M., et al. Acetylcholine-synthesizing T cells relay neural signals in a vagus nerve circuit. Science. 334 (6052), 98-101 (2011).
- Le Maître, E., et al. Impaired vagus-mediated immunosuppression in microsomal prostaglandin E synthase-1 deficient mice. Prostaglandins Other Lipid Mediat. 121 (Part B), 155-162 (2015).
- Borovikova, L. V., et al. Vagus nerve stimulation attenuates the systemic inflammatory response to endotoxin. Nature. 405 (6785), 458-462 (2000).
- Olofsson, P. S., Rosas-Ballina, M., Levine, Y. A., Tracey, K. J. Rethinking inflammation: neural circuits in the regulation of immunity. Immunol. Rev. 248 (1), 188-204 (2012).
- Pavlov, V. A., Tracey, K. J. Neural circuitry and immunity. Immunol Res. 63 (1-3), 38-57 (2015).
- Huston, J. M., et al. Splenectomy inactivates the cholinergic antiinflammatory pathway during lethal endotoxemia and polymicrobial sepsis. J. Exp. Med. 203 (7), 1623-1628 (2006).
- Rosas-Ballina, M., et al. Splenic nerve is required for cholinergic anti-inflammatory pathway control of TNF in endotoxemia. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 105 (31), 11008-11013 (2008).
- Wang, H., et al. Nicotinic acetylcholine receptor alpha7 subunit is an essential regulator of inflammation. Nature. 421 (6921), 384-388 (2003).
- Pavlov, V. A., et al. Central muscarinic cholinergic regulation of the systemic inflammatory response during endotoxemia. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 103 (13), 5219-5223 (2006).
- Pavlov, V. A., et al. Brain acetylcholinesterase activity controls systemic cytokine levels through the cholinergic anti-inflammatory pathway. Brain Behav. Immun. 23 (1), 41-45 (2009).
- Rosas-Ballina, M., et al. Xanomeline suppresses excessive pro-inflammatory cytokine responses through neural signal-mediated pathways and improves survival in lethal inflammation. Brain Behav. Immun. 44, 19-27 (2014).
- Bellinger, D. L., Lorton, D., Lubahn, D., Felten, D. L., Ader, R., Felten, D. L., Cohen, N. . Psychoneuroimmunology. 55, 55-112 (2001).
- Andersson, U., Tracey, K. J. A new approach to rheumatoid arthritis: treating inflammation with computerized nerve stimulation. Cerebrum. 2012, 3 (2012).
- Ono, S. J., Nakamura, T., Miyazaki, D., Ohbayashi, M., Dawson, M., Toda, M. Chemokines: Roles in leucocyte development, trafficking, and effector function. J. Allergy Clin. Immunol. 111 (6), 1185-1199 (2003).
- Silvestre-Roig, C., Hidalgo, A., Soehnlein, O. Neutrophil heterogeneity: implications for homeostasis and pathogenesis. Blood. , (2016).
- Matteoli, G., Boeckxstaens, G. E. The vagal innervation of the gut and immune homeostasis. Gut. 62, 1214-1222 (2013).
- Pereira, M. R., Leite, P. E. The involvement of parasympathetic and sympathetic nerve in the inflammatory reflex. J. Cell. Physiol. 231, 1862-1869 (2016).
- Levine, Y. A., et al. Neurostimulation of the cholinergic anti-inflammatory pathway ameliorates disease in rat collagen-induced arthritis. PLoS One. 9 (8), e104530 (2014).
- Huston, J. M., et al. Transcutaneous vagus nerve stimulation reduces serum high mobility group box 1 levels and improves survival in murine sepsis. Crit. Care Med. 35 (12), 2762-2768 (2007).
- Yuan, H., Silberstein, S. D. Vagus nerve and vagus nerve stimulation, a comprehensive review: Part II. Headache. 56 (2), 259-266 (2016).
