Иммунный профиль нейтрофилов направляет регенерацию спинного мозга у данио-рерио
Повреждение спинного мозга вызывает сильную воспалительную реакцию как у нерегенерерирующих млекопитающих, так и у данио-рерио. Первыми в место повреждения «прибывают» нейтрофилы. Это — первая иммунная популяция, которая рекрутируется в место повреждения. Тем не менее, роль нейтрофилов в процессе восстановления, особенно в регенеративном контексте, остается в значительной степени неизвестной. В новой работе, опубликованной в Brain, Behavior, and Immunity показано, что дополнительная активация нейтрофилов после повреждения спинного мозга у данио-рерио улучшает регенерацию, блокирование же рекрутирования нейтрофилов в место повреждения ее ухудшает. В целом, результаты работы дают новое представление о роли нейтрофилов в регенерации спинного мозга, подчеркивая значительное влияние их иммунного профиля на исход процесса восстановления.
Иммунная система играет центральную роль в реакции тканей на травму, влияя на исход регенеративного процесса у позвоночных. У млекопитающих травма спинного мозга (ТСМ) вызывает хроническую нейровоспалительную реакцию, которая сохраняется в месте травмы. Эта иммунная реакция начинается с нейтрофилов, которые изначально поддерживают процесс восстановления, «поедая» дебрис – «осколки клеток» и высвобождая цитокины и хемокины, которые способствуют инфильтрации макрофагов и других иммунных клеток в поврежденную ткань. Однако позднее нейтрофилы накапливаются в демиелинизированном ядре поражения вместе другими иммунными клетка, становясь частью рубца, который создает ингибирующую тканевую микросреду для возобновления роста аксонов. Важно отметить, что хотя инфильтрация нейтрофилов в поврежденную ткань широко описана, ее роль и вклад в патологию ТСМ изучены недостаточно.
В отличие от млекопитающих, данио-рерио обладают замечательной регенеративной способностью, быстро восстанавливая свою способность плавать после ТСМ. У травмированных рыб возникающая острая воспалительная реакция, при которой сначала рекрутируются нейтрофилы, а затем макрофаги и микроглия, быстро разрешается — наблюдается обратная миграция нейтрофилов без четкого предпочтения органа. Эпендиморадиальные глиальные клетки (ERG) пролиферируют и дифференцируются в новые нейроны, а аксоны восстанавливаются через внеклеточный матрикс.
Недавно ученым удалось продемонстрировать прорегенеративные роли, связанные с воспалительной реакцией, и авторы решили продолжить эти работы, исследовав роль нейтрофилов в данном процессе.
Оказалось, что градиенты хемокинов направляют инфильтрацию нейтрофилов в поврежденные ткани: Cxcr1 и Cxcr2 данио рерио нужны для привлечения нейтрофилов, Cxcr4 участвует в их удержании в ране, а Cxcr2 также требуется для разрешения (окончания) воспаления.
Использование антагониста Cxcr1/2 до травмы привело не только к задержке инфильтрации нейтрофилов в поврежденные ткани, но и к тому, что у контрольных животных разрешение соответствующей фазы воспаления происходило быстрее и сильнее, то есть. у экспериментальных животных больше нейтрофилов оставалось в поврежденной ткани. Это указывает на то, что этот антагонист влияет не только на привлечение нейтрофилов, но и на поведение нейтрофилов в процессе разрешения. Также на основе морфологического исследования прорастания нейронов и глии и оценки восстановления плавания было показано, что вмешательство в динамику нейтрофилов через сигнализацию Cxrc1/2 ухудшает регенеративный процесс после травмы ТСМ.
Далее авторы изучали, влияет ли изменение динамики нейтрофилов во время фазы разрешения на регенерацию спинного мозга. Сигнальная ось Cxcl12/Cxcr4 участвует в удержании нейтрофилов в местах повреждения ткани, поэтому антагонист Cxcr4, использовался для ускорения разрешения нейтрофилов путем стимуляции обратной миграции. Антагонист Cxcr4 вводился во время пика числа нейтрофилов в месте повреждения.
Оказалось, что ускоренный уход нейтрофилов положительно влияет на регенеративный процесс: ученые наблюдали значительное увеличение толщины аксонального мостика в экспериментальной группе и более быстрое восстановление способности к плаванию. В совокупности эти результаты указывают на то, что повышенная скорость ухода нейтрофилов от места повреждения связана с активацией пролиферации и дифференциации предшественников двигательных нейронов, что и ускоряет регенерацию спинного мозга.
Транскриптомный же анализ показал, что регенерации спинного мозга в данном случае способствует в основном именно повышенная активность нейтрофилов в месте повреждения, которые усиливают выработку факторов роста нейронов, а также привлекают микроглию и макрофаги, экспрессирующие TNFα и IL1β. Ранее же было показано, что TNFα способствуют пролиферации эпендимо-радиальных глиальных клеток и регенеративному нейрогенезу в спинном мозге данио-рерио. Следовательно, это временное раннее увеличение доли макрофагов/микроглии, экспрессирующих TNFα, может объяснить усиленную регенерацию спинного мозга, наблюдаемую у личинок, обработанных антагонистом Cxcr4.
В результате можно сказать, что новая работа исследователей из Португалии и США бросает вызов классическому взгляду на нейтрофилы как на «плохих парней» и подчеркивают их роль как регуляторов воспаления, чьи функции требуют полного понимания, чтобы воспользоваться ими в конкретных биологических ситуациях. Более того, работа также подчеркивает важность выбора правильного типа терапии, нацеленного на нейтрофилы, для улучшения регенерации ТСМ и снижения потенциальных побочных эффектов, демонстрируя четкие отдельные фенотипы при регенерации спинного мозга после индукции сниженного набора путем ингибирования Cxcr1/Cxcr2 и улучшенного раннего разрешения путем ингибирования Cxcr4. В совокупности эти результаты подчеркивают важность воспалительного профиля нейтрофилов в регенерации спинного мозга и предполагают потенциальные возможности для изменения раннего воспалительного ответа для улучшения регенеративной способности.
Текст: Анна Карань
de Sena-Tomás, C., Rebola Lameira, L., Rebocho da Costa, M., Naique Taborda, P., Laborde, A., Orger, M., de Oliveira, S., & Saúde, L. (2024). Neutrophil immune profile guides spinal cord regeneration in zebrafish. Brain, Behavior, and Immunity, 120, 514–531. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2024.06.022