복구 시간 증가 및 제한 염증 반응에서 미주 신경 자극 메커니즘을 연구에 LPS 관리를 감소
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
선천성 면역은 유기체의 넓은 범위에서 감염과 질병에 대한 방어의 즉각적인 첫 번째 라인을 제공합니다. 그것은 위협을 제거하기 위해 차 면역 반응을 시작 할뿐 아니라 활성화하고 병원균 고유의 방식으로 차 면역 반응을 수행하는 후천성 면역 교육에 중추적 인 역할을한다. 염증은 다시 감염 부위에 다른 면역 세포를 유치 할 수있는 능력을 가지고 같은 발적, 부종, 통증, 기능의 손실 및 발열과 같은 염증의 추기경 표지판을 유도하는 사이토 카인과 케모카인의 과다에 의해 조율한다 . 기간과 염증의 강도는 여러 가지 요인에 따라 달라집니다,하지만 염증을 해결하고 항상성을 회복하는 만성 염증성 질환의 발병을 방지하기 위해 중요한 단계입니다. 신경 과학 및 면역학 분야의 최근 발전 infl을 제어하는 엄청난 치료 가능성과 특정 신경 메커니즘을 풀어 한중추 신경계 및 주변의 ammation. 이들 메커니즘 중 하나는 자율 신경계 (4, 5)에 의해 구동되는 염증성 반사적으로 알려진 콜린성 소염 통로 (CAP)이다.
현재 염증 매개체는 중추 신경계 염증의 상태에 관한 신호를 감각 신경을 활성화하고 전송할 것으로 생각된다. 반사 응답은 원심성 미주 신경을 통해 작동된다. 캡의 해부학 적 세부 사항에 대한 광범위한 연구는 두 개의 신경으로 구성 부교감 – 교감 모델, 미주 신경 및 비장 신경 각각 6을 공개했다. 카프에서 활성화 콜린성 원심성 미주 신경은 아직 탐구하는기구에 의해 비장 아드레날린 신경의 활성화의 결과로, 복강 신경절-장간막에서 끝난다. 따라서 활성화 된 비장 신경, 내측으로 알려져흰색 펄프의 면역 세포에 근접, 한계 영역 및 CAP (7), (8)의 비장, 원금과 필수 기관의 빨간 펄프에서 되어진. 비장 신경 말단에서 노르 에피네프린 (NE)의 비장 T 림프구상에서 발현 해당 β 2 아드레날린 수용체에 결합한다. 이것은 차례로함으로써 사이토 카인 생성 및 염증이 제한 식세포 α7 니코틴 성 아세틸 콜린 수용체 (α7nACh)를 활성화 콜린 아세틸 트랜스퍼 라제 (하는 ChAT) – 매개 성 아세틸 콜린 (ACH) 방출을 유도한다. 결과적으로, 신경계는 말초 조직에 염증을 조절하는 지역 면역 항상성을 복원 할 수 있는지 지금은 분명하다.
통로의 이름에서 알 수 있듯이, 아세틸 콜린 시스템이 신경 면역 조절 경로의 기능에 중앙 중요하다. 흥미롭게도, 메커니즘의 활성화에 관여캡 주변부 및 중추 신경계에서 다른 것처럼 보인다. 비장의 니코틴 수용체의 중요성 (α7nAChR)가 이전 9 입증되었지만, 무스 카린 수용체 (mAChR)는 경로 (10), (11)의 중앙 활성화를위한 필수입니다. 치명적인 뮤린 패혈증 동안 최근 중앙에 작용하는 M1 무스 카린 성 작용제의 말초 투여가 현저히 억제 혈청 비장 종양 괴사 인자 α (TNFα), (12) 신호 그대로 미주 신경 및 신경 비장 필요한 액션. 우리는 또한 프로스타글란딘 E이 결핍 된 마우스 (PGE 2) 미주 신경 자극에 응답 할 수 없었다 혈청과 비장 3 사이토 카인의 LPS 유도 방출을 다운 조절하지 않았다는 것을 최근에 보여 주었다. 따라서 CAP은 주요 아세틸 콜린의 pathw 이외의 다른 시스템에 의해 규제 될 수있다찬성.
미주 신경 때문에 체내에서의 방황 물론 같은 지명되었다, 간, 폐, 비장, 신장 및 창자 (13)를 포함한 주요 기관을 지배하는. 이 큰 신경 분포 및 미주 신경의 매우 강력한 면역 억제 효과를 고려하여, 캡의 치료 가능성은 염증 상태의 넓은 범위를 커버 할 수있다. 어떤 약물은 신체에 추가되지으로 미주 신경은 전기적 (또는 기계적) 통상적 인 처리의 전압 및 주파수와 반대로 제어하여, 활성화 될 수있다. 시험은 만성 염증 (14) 치료에 VNS의 임상 적 의의를 테스트하기 위해, 예를 들어, 류마티스 환자에서 현재 진행되고 있습니다. 전부, 신경 – 면역 통신 및 염증의 조절은 기존의 치료에 대한 가능한 대안 치료를 제공 할 것이다 조사 중이다. 따라서, 미주 신경의 분석 stimulation 개의 서로 다른 분포하는 장기 효과하지만 만성 염증의 동물 모델에서 잠재적 인 치료 행동의도 특성은, 확실히 통찰력을 제공하고 새로운 잠재적 인 치료 목표에 대한 희망 것이다.
트레이시 동료 (4)에 의해 개발 된 기존 방법 때문에 (LPS의 치사량) 염증 반응의 자극을 넘어선 및 CAP 활성화 및 판독 사이에 너무 짧은 시간 범위에 조사 우리 필드 전치 수 없었다. 본 논문에서는, 원래의 프로토콜에 대한 변경을 제시한다 사이토킨 수준의 두 가지 방법을 비교하여 표적 기관 (비장)에 대향하는 새로운 관찰을 강조.
Protocol
Representative Results
Discussion
2000 년대 초반의 발견 이후, CAP의 메커니즘을 철저하게 연구되고있다. 우리는 지금 경로의 좋은 사진을 가지고 있고, 특히, 대상 기관, 비장, 매우 효율적인 팀으로 NE, 메모리 T 세포, 이크, 대 식세포 작업은 염증 매개 2 다운 조절하는 곳. 우리는 또한 최근에 분명히 CAP 3의 활성화 후 비장에서 아세틸 콜린의 방출을위한 필수 구성 요소, 특히 마우스의 기능 프로…
Declarações
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 |
Referências
- 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).
