DOI: https://doi.org/10.1038/s41392-025-02329-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41491917
تاريخ النشر: 2026-01-06
المؤلف: Huiting Che وآخرون
الموضوع الرئيسي: المعلوماتية الحيوية والشبكات الجينومية
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة شاملة على تواصل الأعضاء، مع التأكيد على أهميته في الحفاظ على التوازن الفسيولوجي والاستجابة للتغيرات البيئية. تركز المراجعة على التفاعلات بين الدماغ والقلب والأمعاء – ثلاثة أعضاء رئيسية في دراسات الاتصال بين الأعضاء – موضحة من خلال مخطط سانكي. وتفصل الروابط داخل كل نظام عضوي، بما في ذلك تفاعلات الدماغ-الأمعاء، الدماغ-الكبد، الدماغ-القلب، القلب-الكلى، القلب-الرئة، القلب-الكبد، الأمعاء-الكبد، الأمعاء-الكلى، والأمعاء-الرئة.
بالإضافة إلى ذلك، تنظم المراجعة المعلومات حول اتصالات الأعضاء الأخرى في جداول لزيادة الوضوح وتوضح بشكل منهجي المسارات الإشارية المعقدة التي تنظم هذه التفاعلات في كل من الصحة والمرض. وتقترح استراتيجيات علاجية متنوعة مستمدة من هذه النتائج وتناقش التقنيات والأساليب المتقدمة التي تدعم أبحاث الاتصال بين الأعضاء. يدعو المؤلفون إلى تنفيذ نماذج مدفوعة بالشبكات واستراتيجيات علاجية مخصصة لتعزيز الفهم وإدارة الأمراض المعقدة من منظور علم الأحياء النظامي.
مقدمة
تؤكد مقدمة هذه الورقة البحثية على أهمية تواصل الأعضاء في فهم التوازن الفسيولوجي وآليات المرض. يُعرف تواصل الأعضاء بأنه الاتصال البيولوجي المعقد بين الأعضاء المختلفة، وهو أمر حيوي للحفاظ على وظائف الجسم ويمكن أن يؤدي إلى خلل عندما تظهر حالات مرضية. ركزت الأساليب الطبية التقليدية بشكل أساسي على الأعضاء الفردية، متجاهلة التفاعلات الديناميكية بينها. بالمقابل، تتبنى هذه الدراسة منظور علم الأحياء النظامي، موضحة كيف أن التعاون بين الأعضاء ضروري في كل من سياقات الصحة والمرض.
تسلط الورقة الضوء على أمثلة محددة لتواصل الأعضاء، مثل محور الرئة-القلب في مرض القلب الرئوي وتفاعلات الكبد-الكلى في متلازمة الكبد والكلى، والتي توضح العلاقات المعقدة بين الأعضاء خلال الحالات المرضية. بالإضافة إلى ذلك، تناقش اتصالات الأعضاء الصحية، مثل محور الأمعاء-الدماغ، الذي يؤثر على الوظائف العاطفية والمعرفية. لقد دفعت التقدمات الأخيرة في علوم متعددة الجوانب، والذكاء الاصطناعي، وتقنيات التصوير أبحاث هذا المجال، كاشفة عن الشبكات والمسارات المعقدة بين الأعضاء، مثل تلك التي تم تحديدها في دراسة شملت 30,444 مشاركًا من بنك المملكة المتحدة الحيوي. تهدف هذه المقالة إلى مراجعة منهجية لنقاط البحث الحالية في تواصل الأعضاء، مع التركيز بشكل خاص على التفاعلات بين الدماغ والقلب والأمعاء، مما يضع أساسًا للدراسات المستقبلية حول تقدم المرض واستراتيجيات العلاج.
طرق البحث
ت outlines قسم الطرق إطارًا شاملاً لدراسة التفاعلات بين الأعضاء، مع التأكيد على أهمية فهم هذه الروابط لتقدم أبحاث الصحة والمرض. يبرز مجموعة متنوعة من الأساليب والتقنيات، بما في ذلك الدراسات التشريحية التقليدية، وتقنيات التصوير الجزيئي (مثل التصوير بالرنين المغناطيسي، والأشعة المقطعية، والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي)، والنماذج الخاصة بالأمراض، والتجارب على الحيوانات، وأنظمة الأعضاء، والأساليب المدفوعة بالذكاء الاصطناعي. تمكن هذه الأدوات الباحثين من استكشاف العلاقات المعقدة بين الأعضاء، كاشفة عن رؤى حول التفاعلات الفسيولوجية والوظيفية والتمثيلية التي يمكن أن تفيد في التشخيص واستراتيجيات العلاج.
كانت تقنيات التصوير التقليدية مثل التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني محورية في تصور الهياكل التشريحية والترابط الأيضي، على التوالي. على سبيل المثال، حددت الدراسات التي تستخدم بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي من مجموعات كبيرة ارتباطات مهمة بين وظائف القلب والدماغ والكبد، بينما أوضح التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني التفاعلات الأيضية، مع تسليط الضوء بشكل خاص على ترابط الكبد والكلى والدماغ. بالإضافة إلى ذلك، قدمت نماذج الأمراض، مثل تلك التي تفحص إصابة الكلى الحادة والاعتلال الدماغي المرتبط بالكبد، رؤى قيمة حول تواصل الأعضاء والأهداف العلاجية المحتملة. تعزز دمج تقنية الأعضاء والذكاء الاصطناعي قدرات البحث، مما يسمح بمحاكاة تفاعلات الأعضاء وتحليل مجموعات البيانات المعقدة لاكتشاف علامات حيوية جديدة وتدخلات علاجية. بشكل عام، تعزز هذه المنهجيات بشكل جماعي فهمنا لديناميات الأعضاء وتداعياتها على الصحة والمرض.
مناقشة
يوفر قسم المناقشة في الورقة البحثية نظرة شاملة على الحالة الحالية لأبحاث تواصل الأعضاء، مع التأكيد على أهمية الاتصال بين الأعضاء في الصحة والمرض. حددت مراجعة منهجية للأدبيات من PubMed (2015-2025) 50,523 مقالة، حيث كانت تفاعلات الدماغ-الأمعاء، الأمعاء-الكبد، والدماغ-القلب هي الأكثر دراسة، وتمثل معًا أكثر من 26% من المنشورات. تسلط التحليلات الضوء على الدماغ والأمعاء والكبد كأعضاء مركزية في هذا المجال، بينما تشير أيضًا إلى أزواج غير مستكشفة مثل المعدة-الدهون والب spleen-الدهون. تشير النتائج إلى الحاجة الملحة لمزيد من التحقيق في هذه المجالات المهملة لتعزيز فهمنا للشبكات المعقدة متعددة الأعضاء.
تؤكد الورقة على الأدوار الحاسمة للأنظمة الدموية والعصبية والغدد الصماء والمناعية في الوساطة بين تفاعلات الأعضاء. تسهل هذه الأنظمة الاتصال من خلال مسارات إشارية متنوعة، بما في ذلك الإشارات الهرمونية مثل الأنسولين والكورتيزول، والمسارات العصبية مثل العصب الحائر، والاستجابات المناعية التي تحافظ على التوازن. تتناول المناقشة أيضًا تفاعلات الأعضاء المحددة، مع التركيز بشكل خاص على التأثير التنظيمي للدماغ على الأعضاء الطرفية وتداعيات ذلك على مختلف الأمراض، بما في ذلك الاضطرابات النفسية العصبية والمتلازمات الأيضية. يقترح المؤلفون أن فهم هذه العلاقات المعقدة يمكن أن يُعلم استراتيجيات علاجية تهدف إلى الاستفادة من تواصل الأعضاء لتحسين نتائج الصحة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41392-025-02329-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41491917
Publication Date: 2026-01-06
Author(s): Huiting Che et al.
Primary Topic: Bioinformatics and Genomic Networks
Overview
The section provides a comprehensive overview of organ cross-talk, emphasizing its significance in maintaining physiological homeostasis and responding to environmental changes. The review focuses on the interactions among the brain, heart, and gut—three primary organs in organ connection studies—illustrated through a Sankey diagram. It details the connections within each organ system, including brain-gut, brain-liver, brain-heart, heart-kidney, heart-lung, heart-liver, gut-liver, gut-kidney, and gut-lung interactions.
Additionally, the review organizes information on other organ connections in tables for clarity and systematically elucidates the complex signaling pathways that regulate these interactions in both health and disease. It proposes various therapeutic strategies derived from these findings and discusses the advanced technologies and methods that support organ connection research. The authors advocate for the implementation of network-driven models and personalized treatment strategies to enhance the understanding and management of complex diseases from a systems biology perspective.
Introduction
The introduction of this research paper emphasizes the significance of organ cross-talk in understanding physiological homeostasis and disease mechanisms. Organ cross-talk, defined as the complex biological communication between different organs, is crucial for maintaining bodily functions and can lead to dysfunction when pathological conditions arise. Traditional medical approaches have primarily focused on individual organs, neglecting the dynamic interactions among them. In contrast, this study adopts a systems biology perspective, illustrating how interorgan collaboration is vital in both health and disease contexts.
The paper highlights specific examples of organ cross-talk, such as the lung-heart axis in pulmonary heart disease and the liver-kidney interactions in hepatorenal syndrome, which demonstrate the intricate relationships between organs during pathological states. Additionally, it discusses healthy organ connections, like the gut-brain axis, which influences emotional and cognitive functions. Recent advancements in multiomics, artificial intelligence, and imaging technologies have further propelled research in this area, revealing complex interorgan networks and pathways, such as those identified in a study of 30,444 UK Biobank participants. This article aims to systematically review the current research hotspots in organ cross-talk, particularly focusing on interactions among the brain, heart, and gut, thereby laying a foundation for future studies on disease progression and therapeutic strategies.
Methods
The section on methods outlines a comprehensive framework for studying interorgan interactions, emphasizing the importance of understanding these connections for advancing health and disease research. It highlights a variety of approaches and technologies, including traditional anatomical studies, molecular imaging techniques (such as MRI, CT, PET, and fMRI), disease-specific models, animal experiments, organoid systems, and artificial intelligence (AI)-driven methodologies. These tools enable researchers to explore the complex relationships between organs, revealing insights into physiological, functional, and metabolic interactions that can inform diagnostics and therapeutic strategies.
Traditional imaging techniques like MRI and PET have been pivotal in visualizing anatomical structures and metabolic connectivity, respectively. For instance, studies utilizing MRI data from large cohorts have identified significant associations among cardiac, brain, and liver functions, while PET imaging has elucidated metabolic interactions, particularly highlighting the liver, kidneys, and brain’s connectivity. Additionally, disease models, such as those examining acute kidney injury and liver-related encephalopathy, have provided valuable insights into organ cross-talk and potential therapeutic targets. The integration of organoid technology and AI further enhances research capabilities, allowing for the simulation of organ interactions and the analysis of complex datasets to uncover novel biomarkers and therapeutic interventions. Overall, these methodologies collectively advance our understanding of interorgan dynamics and their implications for health and disease.
Discussion
The discussion section of the research paper provides a comprehensive overview of the current state of organ cross-talk research, emphasizing the significance of interorgan communication in health and disease. A systematic review of literature from PubMed (2015-2025) identified 50,523 articles, with the brain-gut, gut-liver, and brain-heart interactions being the most extensively studied, collectively representing over 26% of the publications. The analysis highlights the brain, gut, and liver as central organs in this field, while also pointing out underexplored pairs such as stomach-adipose and spleen-adipose. The findings suggest a pressing need for further investigation into these neglected areas to enhance our understanding of complex multiorgan networks.
The paper underscores the critical roles of the circulatory, nervous, endocrine, and immune systems in mediating interorgan interactions. These systems facilitate communication through various signaling pathways, including hormonal signals like insulin and cortisol, neural pathways such as the vagus nerve, and immune responses that maintain homeostasis. The discussion also delves into specific organ interactions, particularly focusing on the brain’s regulatory influence over peripheral organs and the implications for various diseases, including neuropsychiatric disorders and metabolic syndromes. The authors propose that understanding these intricate relationships can inform therapeutic strategies aimed at leveraging organ cross-talk to improve health outcomes.