Neuroimmunologia: cos’è, campo che unisce le neuroscienze

La neuroimmunologia è un campo che unisce le neuroscienze , lo studio del sistema nervoso , e l’ immunologia , lo studio del sistema immunitario . I neuroimmunologi cercano di comprendere meglio le interazioni di questi due sistemi complessi durante lo sviluppo, l’omeostasi e la risposta alle lesioni. Un obiettivo a lungo termine di quest’area di ricerca in rapido sviluppo è quello di sviluppare ulteriormente la nostra comprensione della patologia di alcune malattie neurologiche , alcune delle quali non hanno una chiara eziologia .In tal modo, la neuroimmunologia contribuisce allo sviluppo di nuovi trattamenti farmacologici per diverse condizioni neurologiche. Molti tipi di interazioni coinvolgono sia il sistema nervoso che quello immunitario, compreso il funzionamento fisiologico dei due sistemi in salute e in malattia, il malfunzionamento di uno o entrambi i sistemi che porta a disturbi e fattori di stress fisici, chimici e ambientali che influenzano i previsti sistemi su base giornaliera.

Sfondo

Gli obiettivi neurali che controllano la termogenesi , il comportamento , il sonno e l’umore possono essere influenzati dalle citochine pro-infiammatorie che vengono rilasciate dai macrofagi e dai monociti attivati ​​durante l’infezione. All’interno del sistema nervoso centrale la produzione di citochine è stata rilevata a seguito di lesioni cerebrali, durante infezioni virali e batteriche e nei processi neurodegenerativi.

Dal Istituto Superiore di Sanità degli Stati Uniti:

“Nonostante lo status del cervello come sito immunitario privilegiato, avviene un’ampia comunicazione bidirezionale tra il sistema nervoso e quello immunitario sia in salute che in malattia. Le cellule immunitarie e le molecole neuroimmuni come le citochine, le chemochine e i fattori di crescita modulano il cervello funzione attraverso molteplici percorsi di segnalazione per tutta la durata della vita. I fattori di stress immunologici, fisiologici e psicologici coinvolgono le citochine e altre molecole immunitarie come mediatori delle interazioni con i sistemi neuroendocrini , neuropeptidi e neurotrasmettitori . Ad esempio, i livelli di citochine cerebrali aumentano in seguito all’esposizione allo stress, mentre i trattamenti progettati per alleviare lo stress inverte questo effetto.

“È stato dimostrato che la neuroinfiammazione e l’attivazione neuroimmune svolgono un ruolo nell’eziologia di una varietà di disturbi neurologici come l’ictus, il morbo di Parkinson e l’ Alzheimer , la sclerosi multipla , il dolore e la demenza associata all’AIDS . Tuttavia, anche le citochine e le chemochine modulano la funzione del sistema nervoso centrale in assenza di evidenti sfide immunologiche, fisiologiche o psicologiche. Ad esempio, le citochine e gli inibitori dei recettori delle citochine influenzano i processi cognitivi ed emotivi. Prove recenti suggeriscono che le molecole immunitarie modulano i sistemi cerebrali in modo diverso nel corso della vita. Le citochine e le chemochine regolano le neurotrofinee altre molecole fondamentali per i processi di sviluppo neurologico e l’esposizione a determinate sfide neuroimmuni all’inizio della vita influisce sullo sviluppo del cervello. Negli adulti, le citochine e le chemochine influenzano la plasticità sinaptica e altri processi neurali in corso, che possono cambiare nel cervello che invecchia. Infine, le interazioni delle molecole immunitarie con il sistema ipotalamo-ipofisi-gonadi indicano che le differenze di sesso sono un fattore significativo che determina l’impatto delle influenze neuroimmuni sulla funzione cerebrale e sul comportamento”.

Recenti ricerche dimostrano che la riduzione delle popolazioni di linfociti può compromettere la cognizione nei topi e che il ripristino dei linfociti ripristina le capacità cognitive.

Epigenetica

Panoramica

La medicina epigenetica comprende una nuova branca della neuroimmunologia che studia il cervello e il comportamento e ha fornito approfondimenti sui meccanismi alla base dello sviluppo cerebrale , dell’evoluzione , della plasticità neuronale e della rete e dell’omeostasi, della senescenza , dell’eziologia di diverse malattie neurologiche e dei processi di rigenerazione neurale. Sta portando alla scoperta di fattori di stress ambientale che determinano l’inizio di specifici disturbi neurologici e biomarcatori di malattie specifiche . L’obiettivo è quello di “promuovere il recupero accelerato delle funzioni cognitive, comportamentali e sensomotorie compromesse e apparentemente irrevocabilmente perse attraverso la riprogrammazione epigenetica dicellule staminali neurali regionali endogene ”.

Destino delle cellule staminali neurali

Diversi studi hanno dimostrato che la regolazione del mantenimento delle cellule staminali e le successive determinazioni del destino sono piuttosto complesse. La complessità nel determinare il destino di una cellula staminale può essere meglio compresa conoscendo i “circuiti impiegati per orchestrare il mantenimento delle cellule staminali e le decisioni progressive sul destino neurale”. Le decisioni sul destino neurale includono l’utilizzo di più percorsi di segnale dei neurotrasmettitori insieme all’uso di regolatori epigenetici. L’avanzamento della differenziazione delle cellule staminali neuronali e le decisioni sul destino gliale devono essere orchestrate tempestivamente per determinare la specifica del sottotipo e i successivi processi di maturazione, inclusa la mielinizzazione.

Disturbi del neurosviluppo

I disturbi dello sviluppo neurologico derivano da disturbi della crescita e dello sviluppo del cervello e del sistema nervoso e portano a molti disturbi. Esempi di questi disturbi includono la sindrome di Asperger , lesioni cerebrali traumatiche , disturbi della comunicazione , della parola e del linguaggio , disturbi genetici come la sindrome dell’X fragile , la sindrome di Down , l’epilessia e la sindrome alcolica fetale . Gli studi hanno dimostrato che i disturbi dello spettro autistico(ASD) possono presentarsi a causa di disturbi di base della regolazione epigenetica. Altre ricerche neuroimmunologici hanno dimostrato che la deregolazione dei processi epigenetici correlati negli ASD può alterare l’espressione genica e la funzione cerebrale senza causare lesioni genetiche classiche che sono più facilmente attribuibili a una relazione di causa ed effetto. Questi risultati sono solo alcune delle numerose scoperte recenti in aree precedentemente sconosciute di misespressione genica.

Malattie neurodegenerative

Prove crescenti suggeriscono che le malattie neurodegenerative sono mediate da meccanismi epigenetici errati. Le malattie neurodegenerative includono la malattia di Huntington e il morbo di Alzheimer . La ricerca neuroimmunologica su queste malattie ha prodotto prove tra cui l’assenza di semplici modelli di ereditarietà mendeliana, disregolazione trascrizionale globale, molteplici tipi di alterazioni dell’RNA patogeno, e tanti altri. In uno degli esperimenti, un trattamento della malattia di Huntington con istone deacetilasi (HDAC), un enzima che rimuove i gruppi acetilici dalla lisina, e antracicline leganti DNA/RNA che influenzano il posizionamento dei nucleosomi, ha mostrato effetti positivi su misure comportamentali, neuroprotezione, rimodellamento dei nucleosomi, e dinamica della cromatina associata. Un’altra nuova scoperta sulle malattie neurodegenerative riguarda la sovraespressione di HDAC6 che sopprime il fenotipo neurodegenerativo associato alla patologia del morbo di Alzheimer in modelli animali associati. Altri risultati mostrano che ulteriori meccanismi sono responsabili della “disregolazione trascrizionale e post-trascrizionale sottostante e delle complesse anomalie della cromatina nella malattia di Huntington”.

Disturbi neuroimmunologici

I sistemi nervoso e immunitario hanno molte interazioni che determinano la salute generale del corpo. Il sistema nervoso è costantemente monitorato sia dal sistema immunitario adattativo che da quello innato . Durante lo sviluppo e la vita adulta, il sistema immunitario rileva e risponde ai cambiamenti nell’identità cellulare e nella connettività neurale. La deregolazione delle risposte immunitarie sia adattative che acquisite, la compromissione della diafonia tra questi due sistemi, così come le alterazioni nel dispiegamento dei meccanismi immunitari innati possono predisporre il sistema nervoso centrale(SNC) all’autoimmunità e alla neurodegenerazione. Altre prove hanno dimostrato che lo sviluppo e il dispiegamento del sistema immunitario innato e acquisito in risposta a fattori di stress sull’integrità funzionale a livello cellulare e sistemico e l’evoluzione dell’autoimmunità sono mediati da meccanismi epigenetici . L’autoimmunità è stata sempre più collegata alla deregolamentazione mirata dei meccanismi epigenetici e, pertanto, l’uso di agenti terapeutici epigenetici può aiutare a invertire complessi processi patogeni. La sclerosi multipla (SM) è un tipo di disturbo neuroimmunologico che colpisce molte persone. La SM è caratterizzata da infiammazione del SNC, demielinizzazione immuno-mediata e neurodegenerazione.

L’ encefalomielite mialgica (nota anche come sindrome da affaticamento cronico ), è una malattia multisistemica che causa disfunzioni dei sistemi neurologico, immunitario, endocrino e del metabolismo energetico. Sebbene molti pazienti mostrino una degenerazione neuroimmunologica, le radici corrette della ME/CFS sono sconosciute. I sintomi della ME/CFS includono una capacità significativamente ridotta di partecipare ad attività regolari, stare in piedi o seduti dritti, incapacità di parlare, problemi di sonno, eccessiva sensibilità alla luce, al suono o al tatto e/o problemi di pensiero e di memoria (funzionamento cognitivo difettoso). Altri sintomi comuni sono dolori muscolari o articolari, mal di gola o sudorazione notturna . Non esiste alcun trattamento, ma i sintomi possono essere trattati. Pazienti sensibili alla muffapuò mostrare un miglioramento dei sintomi essendosi trasferito in aree più secche. Alcuni pazienti in generale hanno una ME meno grave, mentre altri possono essere costretti a letto per tutta la vita.

Grandi temi di ricerca

L’interazione del sistema nervoso centrale e del sistema immunitario è abbastanza nota. È stato scoperto che la disfunzione d’organo indotta da ustioni mediante la stimolazione del nervo vago attenua i livelli di citochine negli organi e nel siero. Le ustioni generalmente inducono la generazione di citochine abatteriche e forse la stimolazione parasimpatica dopo le ustioni ridurrebbe la generazione di mediatori cardiodepressivi. Diversi gruppi hanno prodotto prove sperimentali che supportano la produzione di citochine proinfiammatorie come elemento centrale della risposta allo stress indotta da ustioni. Altri gruppi ancora hanno dimostrato che la segnalazione del nervo vago ha un impatto importante su varie patologie infiammatorie. Questi studi hanno gettato le basi per indagare sul fatto che la stimolazione del nervo vago possa influenzare le risposte immunologiche post-ustione e quindi possa essere utilizzata in ultima analisi per limitare i danni agli organi e il fallimento da stress indotto da ustione.

La comprensione di base delle malattie neuroimmunologici è cambiata in modo significativo negli ultimi dieci anni. Nuovi dati che ampliano la comprensione di nuovi concetti terapeutici sono stati ottenuti per un gran numero di malattie neuroimmunologici, nessuna più della sclerosi multipla, dal momento che molti sforzi sono stati intrapresi di recente per chiarire la complessità dei meccanismi patogenetici di questa malattia. Le prove accumulate dagli studi sugli animali suggeriscono che alcuni aspetti della depressione e dell’affaticamento nella SM possono essere collegati a marcatori infiammatori. Gli studi hanno dimostrato che il recettore Toll like (TLR4) è coinvolto in modo critico nella neuroinfiammazione e nel reclutamento di cellule T nel cervello, contribuendo all’esacerbazione della lesione cerebrale. Ricerca sul legame tra odore, comportamento depressivo, e l’autoimmunità ha portato a scoperte interessanti, tra cui il fatto che l’infiammazione è comune a tutte le malattie analizzate, i sintomi depressivi compaiono precocemente nel corso della maggior parte delle malattie, la compromissione dell’olfatto è evidente anche all’inizio dello sviluppo delle condizioni neurologiche e tutte le malattie coinvolto l’amigdala e l’ippocampo. Una migliore comprensione di come funziona il sistema immunitario e quali fattori contribuiscono alle risposte sono oggetto di indagini approfondite insieme alle suddette coincidenze.

Anche la neuroimmunologia è un argomento importante da considerare durante la progettazione di impianti neurali. Gli impianti neurali vengono utilizzati per trattare molte malattie ed è fondamentale che il loro design e la chimica della superficie non suscitino una risposta immunitaria.

Direzioni future

Il sistema nervoso e il sistema immunitario richiedono i gradi appropriati di differenziazione cellulare, integrità organizzativa e connettività della rete neurale. Queste caratteristiche operative del cervello e del sistema nervoso possono rendere la segnalazione difficile da duplicare in scenari gravemente malati. Esistono attualmente tre classi di terapie che sono state utilizzate sia nei modelli animali di malattia che negli studi clinici sull’uomo. Queste tre classi includono inibitori della metilazione del DNA, inibitori dell’HDAC e approcci basati sull’RNA. Gli inibitori della metilazione del DNA vengono utilizzati per attivare geni precedentemente silenziati. Gli HDAC sono una classe di enzimi che hanno un’ampia serie di modifiche biochimiche e possono influenzare la demetilazione del DNA e la sinergia con altri agenti terapeutici. La terapia finale include l’utilizzo di approcci basati sull’RNA per migliorare stabilità, specificità, ed efficacia, specialmente nelle malattie causate da alterazioni dell’RNA. I concetti emergenti riguardanti la complessità e la versatilità dell’epigenoma possono suggerire modi per indirizzare i processi cellulari dell’intero genoma. Altri studi suggeriscono che eventuali bersagli regolatori seminali possono essere identificati consentendo alterazioni alla massiccia riprogrammazione epigenetica durante la gametogenesi. Molti trattamenti futuri potrebbero estendersi oltre l’essere puramente terapeutici e potrebbero essere prevenibili forse sotto forma di vaccino. Le nuove tecnologie ad alto rendimento, se combinate con i progressi nelle modalità di imaging come le nanotecnologie ottiche in vivo, possono dare origine a una conoscenza ancora maggiore dell’architettura genomica, dell’organizzazione nucleare e dell’interazione tra il sistema immunitario e quello nervoso. I concetti emergenti riguardanti la complessità e la versatilità dell’epigenoma possono suggerire modi per indirizzare i processi cellulari dell’intero genoma. Altri studi suggeriscono che eventuali bersagli regolatori seminali possono essere identificati consentendo alterazioni alla massiccia riprogrammazione epigenetica durante la gametogenesi. Molti trattamenti futuri potrebbero estendersi oltre l’essere puramente terapeutici e potrebbero essere prevenibili forse sotto forma di vaccino. Le nuove tecnologie ad alto rendimento, se combinate con i progressi nelle modalità di imaging come le nanotecnologie ottiche in vivo, possono dare origine a una conoscenza ancora maggiore dell’architettura genomica, dell’organizzazione nucleare e dell’interazione tra il sistema immunitario e quello nervoso. I concetti emergenti riguardanti la complessità e la versatilità dell’epigenoma possono suggerire modi per indirizzare i processi cellulari dell’intero genoma. Altri studi suggeriscono che eventuali bersagli regolatori seminali possono essere identificati consentendo alterazioni alla massiccia riprogrammazione epigenetica durante la gametogenesi. Molti trattamenti futuri potrebbero estendersi oltre l’essere puramente terapeutici e potrebbero essere prevenibili forse sotto forma di vaccino. Le nuove tecnologie ad alto rendimento, se combinate con i progressi nelle modalità di imaging come le nanotecnologie ottiche in vivo, possono dare origine a una conoscenza ancora maggiore dell’architettura genomica, dell’organizzazione nucleare e dell’interazione tra il sistema immunitario e quello nervoso. Altri studi suggeriscono che eventuali bersagli regolatori seminali possono essere identificati consentendo alterazioni alla massiccia riprogrammazione epigenetica durante la gametogenesi. Molti trattamenti futuri potrebbero estendersi oltre l’essere puramente terapeutici e potrebbero essere prevenibili forse sotto forma di vaccino. Le nuove tecnologie ad alto rendimento, se combinate con i progressi nelle modalità di imaging come le nanotecnologie ottiche in vivo, possono dare origine a una conoscenza ancora maggiore dell’architettura genomica, dell’organizzazione nucleare e dell’interazione tra il sistema immunitario e quello nervoso. Altri studi suggeriscono che eventuali bersagli regolatori seminali possono essere identificati consentendo alterazioni alla massiccia riprogrammazione epigenetica durante la gametogenesi. Molti trattamenti futuri potrebbero estendersi oltre l’essere puramente terapeutici e potrebbero essere prevenibili forse sotto forma di vaccino. Le nuove tecnologie ad alto rendimento, se combinate con i progressi nelle modalità di imaging come le nanotecnologie ottiche in vivo, possono dare origine a una conoscenza ancora maggiore dell’architettura genomica, dell’organizzazione nucleare e dell’interazione tra il sistema immunitario e quello nervoso.


https://en.wikipedia.org/wiki/Neuroimmunology

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