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脊髄損傷回復におけるマクロファージの二重の役割

マクロファージは脊髄損傷の回復を助けたり邪魔したりすることがあるんだ。

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マクロファージ:助けてくれマクロファージ:助けてくれるの?それとも妨げになるの雑な役割を探る。脊髄損傷の回復におけるマクロファージの複
目次

脊髄損傷(SCI)は、回復やリハビリに大きな課題をもたらすことがある。体がこうした損傷に反応する一つの方法は、マクロファージと呼ばれる白血球の一種が関与することなんだ。この細胞は、SCI後の治癒プロセスで複雑な役割を果たすことがあって、時には回復を助け、時には妨げることもある。この記事では、マクロファージが損傷部位とどう関わり、神経の成長や回復にどんな影響を与えるかを探るよ。

脊髄損傷におけるマクロファージの役割

脊髄損傷の後、マクロファージは損傷したエリアに引き寄せられるんだ。彼らは助けにもなれば、害にもなる。最初の頃は、がれきの掃除や治癒を促進することができるんだけど、損傷後の初期段階では、マクロファージが神経繊維にさらなるダメージを与える物質を放出することもある。彼らは神経の成長を妨げる瘢痕を作るような炎症を引き起こす。この瘢痕は、細胞とタンパク質の組み合わせでできた細胞外マトリックス(ECM)として知られているものだ。

急性炎症と軸索の損傷

SCIの直後、マクロファージは損傷部位に集まる。彼らの存在は、軸索と呼ばれる神経繊維の損傷を悪化させることがある。直接接触したり、化学信号を介して軸索が損傷部位から引っ込む原因になる。マクロファージは、神経成長を支える構造を壊す特定の酵素、例えばマトリックスメタロプロテアーゼ(MMPs)の生成を促進するんだ。

グリオーマ瘢痕とその影響

時間が経つにつれ、マクロファージはグリオーマ瘢痕を形成する役割を果たす。この瘢痕は物理的な障壁になって、軸索が成長したり再接続するのを難しくする。マクロファージの活動の即時的な影響は助けに見えることもあるけど、長期的な結果は神経再生を妨げることが多いんだ。

時間と炎症

研究によると、SCI後に神経成長を促す介入は、損傷が起こってから1週間以上経つとかなり効果が薄くなるんだ。この間、マクロファージは脊髄に完全に浸透して、炎症はピークに達する。

慢性期

初期の損傷と急性炎症反応の後、脊髄は慢性期に入る。この段階は持続的な炎症によって特徴づけられるけど、全ての側面が解決されるわけではない。数週間後、回復が進んでいることが期待される時期でも、炎症が高いままで、損傷周辺の環境が神経修復に適していないことがある。

解決しない炎症の調査

実験では、SCIの慢性期における持続的な炎症の影響をよりよく理解しようとした。彼らは、この炎症が神経成長の障壁になっているかどうかに注目した。炎症が損傷周辺に残っている時でも、炎症を抑えたり神経成長を促すような治療によって影響を受けることが観察された。

マクロファージの枯渇

研究者たちは、特定の薬を使って損傷部位からマクロファージを減少させた。その後、炎症は減ったものの、神経成長にとって有利な環境に大きな変化は見られなかった。これは、単にマクロファージを排除するだけでは自動的に治癒や再生を促進するわけではないことを示唆している。

マクロファージの再供給の影響

マクロファージが枯渇後に損傷部位に戻った時、成長や修復に関わるいくつかの重要なタンパク質や因子の増加が見られた。これは、マクロファージの数が回復すると、治癒にプラスに寄与する可能性があるってことを示している。

行動のモニタリングと回復

細胞や分子の変化に加えて、研究者たちはSCI後の回復を評価するために行動テストを実施した。特定の尺度を使って、動きや協調性の改善を測定した。結果は、いくつかの治療が回復を促進できることを示した、特にマクロファージの機能が回復した時に。

実験デザインと結果

研究の概要

この研究は、マクロファージの行動や神経成長への影響の異なる側面を探るために、いくつかの重要なフェーズを含んでいた。脊髄損傷のあるマウス群は、マクロファージの存在や活動を操作するための様々な治療を受けた。

研究のタイムライン

タイムラインには、損傷後の複数の時点でマウスを観察することが含まれていて、炎症がどのように進化したかや、異なる治療が神経成長に適した環境をどれだけ回復させたかを追跡した。

マクロファージの枯渇とその影響

最初に、研究者たちはマクロファージを減少させる影響に注目した。損傷部位や周辺環境の変化をモニタリングし、枯渇が炎症マーカーの減少につながったことに気づいた。しかし、神経成長に関する期待された回復は見られなかった。

マクロファージの再供給

ある期間の枯渇後、マクロファージが影響を受けたエリアに戻ると、重要な変化が記録された。これらの細胞の存在は、成長を促進する因子のレベルが高くなることと相関していた。さらに、以前は炎症によって制限されていた損傷エリアの軸索の密度が増加した。

特定の軸索タイプとその成長

この研究では、特定の軸索タイプとそれがマクロファージのレベル操作にどう反応するかも調査された。損傷に対してあまり反応しないことが知られている特定の軸索タイプは、マクロファージが存在し活発な条件下でより robustな成長を示した。

軸索成長に関する発見

研究者たちは、特定のマーカーを使って異なる軸索タイプを識別し、損傷エリアでの成長を評価した。彼らは、特定の軸索タイプが病変に成長することを観察し、彼らの成長ポテンシャルが治療によって設定された実験条件に影響される可能性があることを示した。

結論

この研究は、脊髄損傷におけるマクロファージの複雑な役割を浮き彫りにしている。持続的な炎症が回復を妨げることがある一方で、マクロファージの活動を戦略的に管理することで、神経成長や回復を改善する方向に結果をシフトできることを示している。炎症を取り除くことが有益に見えるかもしれないけど、マクロファージの制御された再供給を許可することが、損傷部位内で神経再生を促進するのにより好ましい環境を作るみたい。

今後の方向性

SCI後のマクロファージの役割についての理解が深まるにつれ、今後のアプローチは、彼らの活動を調整する治療法の開発に焦点が当てられるかもしれない。再供給期間中にマクロファージが放出する特定の因子についてさらに探求することで、脊髄損傷後の回復を改善するための潜在的な治療ターゲットを見つけることができるかもしれない。

オリジナルソース

タイトル: Non-resolving neuroinflammation regulates axon regeneration in chronic spinal cord injury

概要: Chronic spinal cord injury (SCI) lesions retain increased densities of microglia and macrophages. In acute SCI, macrophages induce growth cone collapse, facilitate axon retraction away from lesion boundaries, as well as play a key role in orchestrating the growth-inhibitory glial scar. Little is known about the role of sustained inflammation in chronic SCI, or whether chronic inflammation affects repair and regeneration. We performed transcriptional analysis using the Nanostring Neuropathology panel to characterize the resolution of inflammation into chronic SCI, to characterize the chronic SCI microenvironment, as well as to identify spinal cord responses to macrophage depletion and repopulation using the CSF1R inhibitor, PLX-5622. We determined the ability for macrophage depletion and repopulation to augment axon growth into chronic lesions both with and without regenerative stimulation using neuronal-specific PTEN knockout (PTEN-KO). PTEN-KO was delivered with spinal injections of retrogradely transported adeno associated viruses (AAVrgs). Both transcriptional analyses and immunohistochemistry revealed the ability for PLX-5622 to significantly deplete inflammation around and within chronic SCI lesions, with a return to pre-depleted inflammatory densities after treatment removal. Neuronal-specific transcripts were significantly elevated in mice after inflammatory repopulation, but no significant effects were observed with macrophage depletion alone. Axon densities significantly increased within the lesion after PLX-5622 treatment with a more consistent effect observed in mice with inflammatory repopulation. PTEN-KO did not further increase axon densities within the lesion beyond effects induced by PLX-5622. We identified that PLX-5622 increased axon densities within the lesion that are histologically identified as 5-HT+ and CGRP+, both of which are not robustly transduced by AAVrgs. Our work identified that increased macrophage/microglia densities in the chronic SCI environment may be actively retained by homeostatic mechanisms likely affiliated with a sustained elevated expression of CSF1 and other chemokines. Finally, we identify a novel role of sustained inflammation as a prospective barrier to axon regeneration in chronic SCI. HighlightsO_LIMacrophages and microglia repopulate the chronically injured spinal cord after depletion. C_LIO_LICSF1R antagonism in chronic SCI augments the growth of specific axon types in the lesion. C_LIO_LICSF1R antagonism does not augment a PTEN-knockout-induced functional recovery. C_LI

著者: Andrew N Stewart, C. C. Bosse-Joseph, R. Kumari, W. M. Bailey, K. A. Park, V. K. Slone, J. C. Gensel

最終更新: 2024-04-24 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.19.590106

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.19.590106.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。

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