DOI: https://doi.org/10.7150/ijbs.94548
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38725846
تاريخ النشر: 2024-01-01
المؤلف: Jing Lan وآخرون
الموضوع الرئيسي: إنترفيرون واستجابات المناعة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في دور الببتيد العصبي المادة P (SP) في التهاب القولون، مع تسليط الضوء على تأثيراته التنظيمية على الالتهاب والفيروبتوز. في نموذج فأر لالتهاب القولون الناتج عن كبريتات الصوديوم الدكستران (DSS)، لوحظ زيادة في تعبير SP وتنشيط الخلايا العصبية الإيجابية لـ SP. أدى إعطاء SP الخارجي إلى تخفيف الأعراض السريرية وتحسين وظيفة حاجز الأمعاء من خلال حماية الميتوكوندريا من الضرر الناتج عن DSS أو TNF-α، مما منع تسرب الحمض النووي الميتوكوندري (mtDNA) والتنشيط اللاحق لمسار جين تحفيز الأنترفيرون (cGAS-STING). بالإضافة إلى ذلك، قام SP بتثبيط فسفرة STING من خلال مستقبل النيوركينين-1 (NK1R)، مما أدى إلى مزيد من قمع مسار الإشارة TBK1-IRF3.
تكشف النتائج أن SP يخفف الالتهاب والفيروبتوز من خلال تثبيط مسار mtDNA-cGAS-STING والتأثير المباشر على إشارة STING، مع كون تأثيراته الواقية تعتمد على NK1R. هذه الدراسة هي الأولى التي توضح هذه الآليات الجديدة التي ينظم بها SP التهاب القولون التقرحي (UC)، مما يشير إلى طرق علاجية محتملة لـ UC وغيرها من الاضطرابات الالتهابية المعوية.
مقدمة
تتناول مقدمة ورقة البحث الآلية المعقدة لمرض الأمعاء الالتهابي (IBD)، وخاصة مرض كرون والتهاب القولون التقرحي (UC)، مع تسليط الضوء على زيادة خطر الإصابة بسرطان القولون المرتبط بـ UC غير المعالج. يتم الإشارة إلى خيارات العلاج الحالية، بما في ذلك الأجسام المضادة وحيدة النسيلة وحمض 5-أمينوساليسيليك، لما لها من آثار جانبية محتملة على المدى الطويل وفعالية محدودة في إدارة المرض، مما يبرز الحاجة الملحة لفهم أعمق للآليات المرضية الأساسية وتطوير استراتيجيات علاجية جديدة.
لقد أكدت الدراسات الحديثة على الدور الحاسم للجهاز العصبي المعوي (ENS) في تنظيم الفسيولوجيا المعوية، مع مساهمة الخلل في هذا النظام في كل من الاضطرابات المعوية وغير المعوية. تذكر المقدمة أيضًا أهمية الخلايا العصبية المعوية الموجودة في العقدة المعوية والعقدة تحت المخاطية، والتي ترمز إلى مواد كيميائية عصبية مختلفة ذات وظائف محددة. من بين هذه المواد، يتم تسليط الضوء على المادة P (SP)، وهي ببتيد عصبي مكون من 11 حمض أميني تم التعرف عليه لأول مرة في دماغ وأمعاء الخيول، لتوزيعها الواسع في كل من الجهاز العصبي المركزي والطرفي، بالإضافة إلى إفرازها من خلايا غير عصبية، بما في ذلك الخلايا البطانية والظهارية والمناعية.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم إنشاء نموذج فأر لالتهاب القولون باستخدام كبريتات الصوديوم الدكستران (DSS) بوزن جزيئي يتراوح بين 36,000-50,000 دالتون، تم الحصول عليه من Yeasen (شنغهاي، الصين). تضمنت التصميم التجريبي أربع مجموعات من 12 فأرًا لكل منها: مجموعة التحكم (CON) تلقت ماءً عاديًا وحقنًا يوميًا من محلول ملحي معقم؛ مجموعة DSS تم منحها وصولاً حراً إلى محلول DSS بتركيز 4% وحقنًا يوميًا من محلول ملحي؛ مجموعة DSS + SP تلقت كل من DSS بتركيز 4% وحقنًا يوميًا من السولفورافان (SP) بجرعة 5 نانومول/كغ/يوم؛ ومجموعة SP تم إعطاؤها ماءً عاديًا بجانب نفس جرعة SP.
خلال فترة العلاج التي استمرت 6 أيام، تم مراقبة الفئران لتغيرات وزن الجسم ومؤشر نشاط المرض (DAI). عند انتهاء التجربة، تم تخدير الفئران، وجمع عينات الدم عبر ثقب عيني. بعد القتل الرحيم، تم قياس طول نسيج القولون وأوزان الطحال. تم عزل عينات المصل من خلال الطرد المركزي وتخزينها عند -80 درجة مئوية، بينما تم تثبيت جزء من نسيج القولون في 4% من الفورمالديهايد للتحليل النسيجي، مع الحفاظ على الباقي عند -80 درجة مئوية للتجارب اللاحقة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المدروسة، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. علاوة على ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في مقاييس النتائج، مع حساب أحجام التأثير لتكون كبيرة، مما يدل على الأهمية العملية.
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن القسم تمثيلات رسومية للبيانات، مثل الرسوم البيانية الشريطية والمخططات النقطية، التي توضح بصريًا الاتجاهات والعلاقات المحددة. تتم مناقشة النتائج في سياق الأدبيات الحالية، مع تسليط الضوء على كيفية مساهمتها في الفهم الأوسع للموضوع واقتراح تداعيات محتملة للبحث والممارسة المستقبلية. بشكل عام، تؤكد النتائج على فعالية التدخل وتوفر أساسًا لمزيد من التحقيق في الآليات الأساسية المعنية.
المناقشة
تسلط المناقشة الضوء على دور المادة P (SP) وتفاعلها مع مستقبلات النيوركينين (NKRs) في تعديل الالتهاب المعوي، خاصة في سياق التهاب القولون التقرحي (UC). يُظهر SP، الذي يتمتع بأعلى تقارب لمستقبل النيوركينين 1 (NK1R)، ارتباطًا بعمليات بيولوجية مختلفة، بما في ذلك نقل الألم وتنظيم الالتهاب. تشير النتائج الحديثة إلى أن SP قد يكون له تأثيرات واقية ضد خلل القلب والأوعية الدموية والاضطرابات المعوية، على الرغم من أن آلياته في UC لا تزال غير مفهومة بشكل كافٍ. تكشف الدراسة أن مستويات SP وعدد الخلايا العصبية الإيجابية لـ SP مرتفعة بشكل كبير في نموذج فأر لالتهاب القولون الناتج عن كبريتات الصوديوم الدكستران (DSS)، مما يشير إلى دور واقي محتمل لـ SP في الحفاظ على وظيفة حاجز الأمعاء.
علاوة على ذلك، تبحث الدراسة في مسار إشارة cGAS-STING، الذي يتم تنشيطه بواسطة الحمض النووي الميتوكوندري (mtDNA) الذي يتم إطلاقه أثناء الضغط الخلوي وهو أمر حاسم للاستجابة المناعية الفطرية. تشير النتائج إلى أن SP قد يثبط مسار mtDNA-cGAS-STING، مما يقلل من الالتهاب والفيروبتوز في خلايا الظهارة المعوية (IECs) خلال التهاب القولون. توضح الدراسة أن علاج SP يحسن أعراض التهاب القولون ويستعيد سلامة حاجز الأمعاء، كما يتضح من تحسين الدرجات النسيجية، وزيادة عدد خلايا الجوبلت، وزيادة تعبير بروتينات الوصل الضيق. تؤكد هذه النتائج على الإمكانات العلاجية لـ SP في إدارة UC وتبرز الحاجة إلى مزيد من الاستكشاف لآليات الإشارة الخاصة به في صحة الأمعاء.
DOI: https://doi.org/10.7150/ijbs.94548
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38725846
Publication Date: 2024-01-01
Author(s): Jing Lan et al.
Primary Topic: interferon and immune responses
Overview
The research investigates the role of neuropeptide substance P (SP) in colitis, highlighting its regulatory effects on inflammation and ferroptosis. In a mouse model of dextran sodium sulfate (DSS)-induced colitis, increased SP expression and activation of SP-positive neurons were noted. Administration of exogenous SP alleviated clinical symptoms and improved intestinal barrier function by protecting mitochondria from DSS or TNF-α-induced damage, which prevented mitochondrial DNA (mtDNA) leakage and subsequent activation of the cyclic GMP-AMP synthase-stimulator of interferon genes (cGAS-STING) pathway. Additionally, SP inhibited STING phosphorylation through the neurokinin-1 receptor (NK1R), further suppressing the TBK1-IRF3 signaling pathway.
The findings reveal that SP mitigates inflammation and ferroptosis by inhibiting the mtDNA-cGAS-STING pathway and directly affecting STING signaling, with its protective effects being NK1R-dependent. This study is the first to elucidate these novel mechanisms by which SP regulates ulcerative colitis (UC), suggesting potential therapeutic avenues for UC and other inflammatory intestinal disorders.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the complex pathogenesis of inflammatory bowel disease (IBD), specifically Crohn’s disease and ulcerative colitis (UC), highlighting the increased risk of colon cancer associated with untreated UC. Current therapeutic options, including monoclonal antibodies and 5-aminosalicylic acid, are noted for their potential long-term side effects and limited efficacy in managing the disease, underscoring the urgent need for a deeper understanding of the underlying pathological mechanisms and the development of novel treatment strategies.
Recent studies have emphasized the critical role of the enteric nervous system (ENS) in regulating gastrointestinal physiology, with dysfunction in this system contributing to both gastrointestinal and extragastrointestinal disorders. The introduction also mentions the significance of enteric neurons located in the myenteric and submucosal ganglia, which encode various neurochemicals with specific functions. Among these, substance P (SP), an 11-amino acid neuropeptide first identified in the equine brain and intestine, is highlighted for its widespread distribution in both the central and peripheral nervous systems, as well as its secretion by non-neural cells, including endothelial, epithelial, and immune cells.
Methods
In this study, a mouse model of colitis was established using dextran sulfate sodium (DSS) with a molecular weight range of 36,000-50,000 Da, sourced from Yeasen (Shanghai, China). The experimental design involved four groups of 12 mice each: the control (CON) group received normal water and daily intravenous injections of vehicle sterile saline; the DSS group was given free access to a 4% DSS solution and daily saline injections; the DSS + SP group received both 4% DSS and daily intravenous injections of sulforaphane (SP) at a dosage of 5 nmol/kg/day; and the SP group was administered normal water alongside the same SP dosage.
Throughout the 6-day treatment period, the mice were monitored for body weight changes and disease activity index (DAI). At the conclusion of the experiment, the mice were anesthetized, and blood samples were collected via ocular puncture. Following euthanasia, colon tissue length and spleen weights were measured. Serum samples were isolated through centrifugation and stored at -80 °C, while a portion of the colon tissue was fixed in 4% paraformaldehyde for histopathological analysis, with the remainder preserved at -80 °C for subsequent experiments.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the variables under study, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance. Furthermore, the results demonstrate that the intervention applied led to a measurable improvement in the outcome metrics, with effect sizes calculated to be substantial, indicating practical significance.
Additionally, the section includes graphical representations of the data, such as bar charts and scatter plots, which visually illustrate the trends and relationships identified. The findings are discussed in the context of existing literature, highlighting how they contribute to the broader understanding of the topic and suggesting potential implications for future research and practice. Overall, the results underscore the efficacy of the intervention and provide a foundation for further investigation into the underlying mechanisms at play.
Discussion
The discussion highlights the role of substance P (SP) and its interaction with neurokinin receptors (NKRs) in modulating intestinal inflammation, particularly in the context of ulcerative colitis (UC). SP, which exhibits the highest affinity for the neurokinin 1 receptor (NK1R), has been implicated in various biological processes, including pain transmission and inflammatory regulation. Recent findings suggest that SP may have protective effects against cardiovascular dysfunction and intestinal disorders, although its mechanisms in UC remain inadequately understood. The study reveals that SP levels and the number of SP-positive neurons are significantly elevated in a mouse model of dextran sodium sulfate (DSS)-induced colitis, indicating a potential protective role of SP in maintaining intestinal barrier function.
Furthermore, the research investigates the cGAS-STING signaling pathway, which is activated by mitochondrial DNA (mtDNA) released during cellular stress and is crucial for the innate immune response. The findings suggest that SP may inhibit the mtDNA-cGAS-STING pathway, thereby reducing inflammation and ferroptosis in intestinal epithelial cells (IECs) during colitis. The study demonstrates that SP treatment ameliorates colitis symptoms and restores intestinal barrier integrity, as evidenced by improved histological scores, increased goblet cell numbers, and enhanced expression of tight junction proteins. These results underscore the therapeutic potential of SP in managing UC and highlight the need for further exploration of its signaling mechanisms in intestinal health.