سلول‌های ایمنی قاتل جنبه‌های پرورشی خود را نشان می‌دهند

چاپ‌شده در: مجله Quanta به تاریخ ۱۱ فوریه ۲۰۲۰
نویسنده: Monique Brouillette
لینک مقاله اصلی: https://www.quantamagazine.org/immune-cell-assassins-reveal-their-nurturing-side-20200211/
این مقاله توسط ربات هوشمند ترجمه مقالات علمی و به صورت خودکار ترجمه شده و می‌تواند به صورت محدود دارای اشکالات ترجمه باشد.

بعد از حمله قلبی، بیماران اغلب به طور فزاینده‌ای گزینه سلول درمانی را پیشنهاد می‌کنند، که در آن سلول‌های بنیادی از مغز استخوان به قلب تزریق می‌شوند تا به درمان آن کمک کنند. با این حال، شکاک‌ها به این نکته اشاره می‌کنند که شواهد محکمی از مزایای این روش درمانی وجود ندارد: این روش در برخی از مطالعات حیوانی نسبتا جواب داده‌است، اما اثربخشی آن نامشخص است، و دانشمندان تنها توانسته‌اند حدس بزنند که این روش در صورت انجام این کار چگونه می‌تواند کمک کند.

نوامبر گذشته، گروهی از متخصصان قلب تصمیم گرفتند تا در مورد این درمان بحث‌برانگیز شفافیت لازم را به دست آورند. در عوض، کار آن‌ها شواهدی یافت که برخی از سلول‌های سیستم ایمنی نقش تغذیه و شفا بخشی را بازی می‌کنند که به دور از حرفه آشنای آن‌ها به عنوان محافظ تشنه به خون بدن است. دانشمندان و پزشکان بیمارستان کودکان سینسیناتی به رهبری جفری مولکنتین برای اولین بار سلول‌های بنیادی را به موش‌هایی تزریق کردند که قلبشان موقتا از اکسیژن محروم شده بود تا حمله قلبی را تقلید کنند. قلب آن‌ها براثر تزریق مقداری التهاب گذرا نشان داد، اما موش‌ها به آرامی بهتر از آن‌هایی که پلاسبو دریافت کرده بودند، بهبود یافتند. مولنتین گفت که با این وجود، ممکن است که التهاب به جای سلول‌های بنیادی در بهبود آن نقش داشته باشد: «هر ایمنی‌شناس خوبی به شما خواهد گفت که شما به یک پاسخ التهابی برای التیام نیاز دارید.»

برای پی بردن به این موضوع، گروه به جای سلول‌های بنیادی، گروه دیگری از موش‌های دچار آسیب قلبی را با زایموزان، که یک ماده شیمیایی است که باعث التهاب می‌شود، تزریق کرد - و آن‌ها بهبود مشابهی را در عملکرد قلب مشاهده کردند. در نهایت، آن‌ها فقط تکه‌هایی از سلول‌های مرده را تزریق می‌کردند که کاری بیشتر از تحریک سیستم ایمنی به نفوذ به بافت و پاک‌سازی آوارها انجام نمی‌دادند. آن‌ها دریافتند که حتی این هم عملکرد قلب را بهبود بخشیده‌است.

محققان متوجه شدند که مزیت محافظ درمان از اثر احیا کننده سلول‌های بنیادی حاصل نشده. به جای آن، پاسخ التهابی ایمنی بود که به نظر می‌رسید آنچه را که مولکانتن «موج دوم شفا» می‌نامد، برپا کرده‌است.

مطالعه مولکانتن آخرین مطالعه در بهمنی از مقالات در طول دهه گذشته است که نشان می‌دهد که سلول‌های ایمنی ویژه در نقش‌های غیر مرتبط با مبارزه با بیماری. این پدیده محدود به قلب نیست. این سلول‌های ایمنی، که بسیاری از آن‌ها به طور دائم در بافت‌های ویژه‌ای زندگی می‌کنند، به عنوان شرکت کنندگان در طیف وسیعی از فعالیت‌های بیولوژیکی از جمله تنظیم ضربان قلب، تثبیت بارداری و حتی رشد مغز شناخته شده‌اند.

چیزی بیشتر از تروریست‌های ویژه

سیستم ایمنی نامگذاری با برچسب‌های سلولی مناسب برای جنگ جویان آماده نبرد، پر است. برای مثال، نام یونانی «ماکروفاژ» به صورت «خورنده بزرگ» ترجمه می‌شود و تصاویری از سلول‌های گوشتالو را تداعی می‌کند که تکه‌های آوار شناور در اطراف خود را می‌بلعند. لنفوسیت‌های «قاتل طبیعی» (NK)شبیه به قاتلان نخبه‌ای هستند که در جریان خون حرکت می‌کنند و به سرعت سلول‌های عامل بیماری را جدا می‌کنند.

حنیفا، یک ایمنی‌شناس و محقق ژنومیک تک سلولی در دانشگاه نیوکاسل گفت: «وقتی اسامی به سلول‌های ایمنی داده می‌شد، همیشه در زمینه کاری بود که آن‌ها برای حفاظت از ما انجام می‌دادند.» حنیفا اخیرا اطلس سیستم تولید خون در حال رشد را در جنین انسان به عنوان بخشی از پروژه اطلس سلول انسانی منتشر کرده‌است که هدف آن ایجاد نقشه جامعی است که هر نوع سلول را در بدن انسان فهرست کند. او معتقد است که نام‌هایی که ما به سلول‌های ایمنی داده‌ایم ممکن است آن‌ها را طبقه‌بندی کرده و ما را از درک گستره کامل توانایی‌های آن‌ها باز داشته‌است.

به فکر ماکروفاژها باشید.

این نوع سلول در سال ۱۸۸۲ توسط زیست‌شناس روسی الی متچنیکوف توصیف و نامگذاری شد. متچنیکوف این فکر را داشت که ستاره دریایی می‌تواند خود را از شر اجسام خارجی خلاص کند، به عنوان یک آزمایش، او یک خار گل سرخ را در یک لارو شفاف ستاره دریایی فرو برد. در حالی که از میان میکروسکوپ ابتدایی روی میزش نگاه می‌کرد، سلول‌های بیگانه‌خوار گرسنه را دید که به سنگینی به سمت خار می‌رفتند، دورش را گرفته بودند و آن را می‌بلعیدند.

متچنیکوف بلافاصله تصور نکرد که این سلول‌های بیگانه‌خوار برای مبارزه با بیماری و حذف پاتوژن، تخصص دارند. او که به عنوان یک زیست‌شناس تکاملی آموزش‌دیده بود می‌دانست که موجودات زنده ساده عموما سلول‌های نسبتا غیر تخصصی دارند. بنابراین او فرض کرد که فاگوسیت ها کارهای بیولوژیکی دیگری را انجام می‌دهند که عملکرد سالم بافت‌های طبیعی را برای حیوان شکل می‌دهند و حفظ می‌کنند.

اما در آن روزها، ایمنی‌شناسی یک حوزه بسیار پر بحث و جدل بود و در ابتدا توسط هم سن و سالان او جدی گرفته نشده بود. بسیاری از آن‌ها معتقد بودند که پادتن‌ها و دیگر مواد موجود در پلاسمای خون، و نه سلول‌ها، عوامل اصلی ایمنی هستند. سال‌ها قبل از تحقیقات بعدی، مفاهیم ایمونولوژی سلولی متچنیکوف به اثبات رسید و به خاطر کارش بر روی ماکروفاژها به رسمیت شناخته شد، که به سرعت به یکی از بازیگران ستاره سیستم ایمنی تبدیل شد. (در ۱۹۰۸ او و پل ارلیخ جایزه نوبل را برای مطالعات جداگانه خود در زمینه ایمنی به اشتراک گذاشتند.)

قرن بعد، بزرگ‌ترین پیشرفت‌ها در زمینه پزشکی و ایمونولوژی به عمل آمد، و در میان هیاهوی فراوان برای این اکتشافات، نقشه‌ای غیرایمنی که متچنیکوف برای ماکروفاژها پیشنهاد کرده بود در پس‌زمینه محو شد. اما اکنون، به دلیل پیشرفت در ایمونولوژی و توالی RNA تک سلولی، این نقش‌ها دوباره مورد توجه قرار می‌گیرند.

قلب ماده

شاید متچنیکوف مطالعه قلب مولکانتن را معتبر می‌دانست. سلول‌هایی که افزایش ترمیم را به قلب موش می‌دهند زیر مجموعه‌ای از آنچه که ماکروفاژهای مقیم بافت نامیده می‌شوند هستند.

بر خلاف ماکروفاژها که در خون گردش می‌کنند و به دنبال عوامل بیماری زا هستند، این سلول‌ها در طول رشد جنینی به قلب مهاجرت می‌کنند و باقی می‌مانند. در طول یک دهه یا بیشتر، شواهد جمع‌آوری شده‌اند که آن‌ها کارهای مختلفی انجام می‌دهند، مانند کمک به بلوغ عروق کرونر و حفظ یک ضربان قلب مناسب.

کوری لاوین، استادیار پزشکی در دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن در سنت لوییس، گفت: «آن‌ها فعالیت‌هایی را انجام می‌دهند که به طور معمول با ایمنی شناسی مرتبط نیستند، مانند کمک به بافت‌های تغییر شکل داده و در پاسخ به تنش‌ها، تعمیر و تولید مجدد، و یا حتی انجام برق تغییر شکل می‌دهند.»

لاوین برخی از اولین بینش‌ها را در مورد منشا ماکروفاژهای مقیم بافت در قلب در حین مطالعه پیوند قلب - مواردی که در آن قلب یک اهدا کننده زن به یک گیرنده مرد رفت و یا برعکس. در بافت‌های بیوپسی شده، او توانست ببیند که ماکروفاژهای قلب از اهدا کننده اصلی هستند که به این معنی است که آن‌ها برای تمام عمر عضو در قلب می‌مانند.

لاوین در سال ۲۰۱۴ مقاله‌ای منتشر کرد که نشان می‌داد وقتی یک قلب جنینی آسیب می‌بیند، این سلول‌ها می‌توانند بافت را ترمیم و بازسازی کنند.

سپس در سال ۲۰۱۶، گروه او شواهدی ارائه کردند که ماکروفاژهای CCR در قلب به طور فعال آرایش بالغ رگ‌های خونی ارگان را شکل می‌دهند. در طول رشد جنینی، رگ‌های خونی قبل از شروع گردش خون در قلب قرار می‌گیرند. با این حال، وقتی جریان خون شروع می‌شود، رگ‌ها بیرون آورده می‌شوند تا تنها بهترین مسیرها حفظ شوند. لاوین دریافت که ماکروفاژهای CCR برای این فرآیند ضروری هستند.

چند سال پیش، تحقیقات نشان داد که ماکروفاژها در سراسر منطقه رسانای الکتریکی قلب به نام گره دهلیزی - بطنی (AV)فراوان هستند، که حفره‌های قلب به نام آتریا و بطن‌ها را در موش و انسان متصل می‌کند. ماکروفاژها در السا دراز شده‌اند و زوایایی دارند که دسترسی آن‌ها را گسترش می‌دهند. وقتی دانشمندان موش‌ها را پرورش دادند که فاقد این سلول‌ها بودند، آن‌ها تاخیر قابل‌توجهی در انتقال سیگنال‌های الکتریکی از طریق گره AV یافتند. هنگامی که آن‌ها به طور شیمیایی فعالیت این ماکروفاژها را مسدود کردند، آن‌ها شاهد "بلوک AV" بودند، یک نقص سیگنال الکتریکی که از آتریا به بطن‌ها می‌رفت.

اما تقریبا از زمان کشف آن‌ها، دانشمندان به این نکته اشاره کرده‌اند که زیر جمعیت‌های این سلول‌های NK در کبد، پوست، کلیه و رحم زمان زیادی دارند. و بر خلاف پسر عموهای مرگبارشان، این سلول‌ها نمی‌کشند.

در رحم، سلول‌های کشنده ۷۰% از گلبول‌های سفید خون را در نیمه اول بارداری تشکیل می‌دهند. آزمایش‌های اولیه در موش‌ها نشان داد که وقتی این سلول‌های NK رحمی جدا شده و در برابر سلول‌های لنفوم موش - یک دشمن طبیعی - قرار گرفتند، فاقد قدرت مبارزه با سرطان برادران سیستم ایمنی خود بودند. این کشف دانشمندان را بر آن داشت تا بپرسند که دقیقا سلول‌های NK در آنجا چه می‌کنند.

تحقیقات اولیه توسط دانشمند پیشگامی به نام آن کرو از دانشگاه ملکه به یک پاسخ اشاره کرد. دانشمند کانادایی، که به عنوان یک دامپزشک آموزش‌دیده بود، بارداری و سیستم ایمنی را در موش‌ها مطالعه کرد. او متوجه شد که این سلول‌ها تمایل دارند در لبه رابط مادر و جنین در موش‌های باردار جمع شوند، جایی که جفت با آستر رحم برخورد می‌کند. این حقیقت باعث شد که او این فرضیه را مطرح کند که سلول‌های NK در بازسازی رگ‌های خونی در رحم نقش دارند.

هر ایمونولوژیست خوبی به شما خواهد گفت که شما به یک پاسخ التهابی برای بهبود نیاز دارید.

در طول بارداری، سلول‌های جنینی شریان‌های مادر را در رحم دوباره مدل می‌کنند تا دیگر به سیگنال‌های جنگ یا گریز مادر پاسخ ندهند.تصور کنید که یک موش آبستن توسط یک گربه دنبال می‌شود (یا یک زن باردار که از یک ببر فرار می‌کند): هجوم آدرنالین که او تجربه می‌کند باعث می‌شود رگ‌های خونی به اعضای بدنش منقبض شوند و خون را به ماهیچه‌هایش بریزند تا به او کمک کنند فرار کند. اما این تغییرات می‌تواند مضر و احتمالا کشنده برای جنین در رحم او با محروم کردن آن از خون و اکسیژن و مواد غذایی که به او می‌دهد باشد. اوولوشن این مکانیسم مدل‌سازی مجدد را به عنوان محافظت در برابر پاسخ فیزیولوژیکی به یک بحران اختراع کرده‌است.

در مجموعه‌ای از آزمایش‌ها مشخص، کری نشان داد که سلول‌های NK رحمی، تغییرات عروقی را که در طول بارداری رخ می‌دهد، با استفاده از موادی که از گرانول‌های خود ترشح می‌کنند، کنترل می‌کنند. در سلول‌های NK که در سرتاسر بدن گردش می‌کنند، دانه‌های مشابه معمولا با کوکتل سم قاتل پر می‌شوند، اما در سلول‌های NK رحمی، آن‌ها عوامل رشد و کموکین‌ها (مولکول‌های پیام‌رسان) را حمل می‌کنند که سلول‌های دیگر را جذب می‌کنند. این مولکول‌ها پس از آزاد شدن، سلول‌های اندوتلیال و تروفوبلاست ها را جذب می‌کنند که سلول‌های جنینی از جفت هستند که می‌توانند رگ‌های خونی در رحم را نیز تغییر شکل دهند.

فرانچسکو کولوچی، یک ایمنی‌شناس در دانشگاه کمبریج در مورد سلول‌های NK گفت: «آن‌ها به جای قاتل بودن واقعا سازنده هستند.کولوچی تحقیقاتی را منتشر کرد که نشان می‌داد سلول‌های NK رحم تا چه حد می‌توانند به رحم حمله کنند، و او در حال حاضر از تکنیک‌های توالی RNA برای مشخص کردن انواع مختلف سلول‌های NK رحم استفاده می‌کند (همانطور که در مقاله‌ای که او در اواخر ژانویه در مورد این موضوع در ارتباطات طبیعت منتشر کرد).

حنیفا گفت: «سلول‌های کشنده طبیعی در واقع در حمایت از بارداری‌های سالم نقش دارند اما هیچ ارتباطی با کشتن ندارند» در سال ۲۰۱۸، حنیفا و همکارانش نقشه‌ای از رابط مادری - جنینی را با تفکیک تک سلولی منتشر کردند که فعالیت ژن این سلول‌های NK را آشکار کرد و مهارت آن‌ها را بیشتر توضیح داد.

نگاشت یک نظریه

قاتلان طبیعی و ماکروفاژها برخی از بهترین نمونه‌های سلول‌های ایمنی چندمنظوره هستند اما موارد بیشتری وجود دارند. سلول‌های T تنظیمی یا Tregs، زیر مجموعه‌ای از لنفوسیت‌های T، واکنش ایمنی را تعدیل می‌کنند. اما نشان‌داده شده‌است که آن‌ها در فرآیندهای دیگری به اندازه رشد مو در پوست و تنظیم انسولین در بافت چربی دخیل هستند. سلول‌های لنفاوی داخلی - لنفوسیت‌ها که گیرنده‌های آنتی‌ژن مشابه سلول‌های B و T را بیان نمی‌کنند - در متابولیسم و حتی عملکرد سالم سیستم عصبی نقش دارند. هم چنین ترکیبات این سلول‌ها در تداخل با سلول‌های بنیادی مشاهده شده‌اند و به حفظ بازسازی بافت‌های کمک می‌کنند که به طور مداوم مانند پوست و پوشش روده‌ای می‌چرخند.

حنیفا گفت:«برای مدت‌های طولانی، مردم سیستم ایمنی بدن را به عنوان چیزی که در خون شما است، در نظر گرفتند. سپس آن‌ها فهمیدند که سیستم ایمنی بدن شما فقط در خون شما وجود ندارد، بلکه در هر بافتی وجود دارد. علاوه بر این، سلول‌های سیستم ایمنی بدن که در بافت‌ها و حتی در میان میکروبیوتای شما قرار دارند در ارتباط هستند.» سلول‌های مغز به نام میکروگلیا به طور سنتی به عنوان بخشی از سیستم ایمنی شناخته‌نشده اند اما آن‌ها از خرده‌های سلولی مانند ماکروفاژها استفاده می‌کنند. همچنین نشان‌داده شده‌است که آن‌ها به سیگنال‌هایی از میکروبیوتای روده پاسخ می‌دهند. حنیفا گفت: «ما باید سیستم ایمنی بدن را مانند ماتریسی که در کل بدن وجود دارد، ببینیم.» آویو رجف، زیست‌شناس محاسباتی در موسسه برود که در راه‌اندازی اطلس سلول انسانی کمک کرده‌است، این افکار را منعکس می‌کند. شما می‌توانید سلول‌های ایمنی را به عنوان یکی از سیستم‌های سنجش اصلی بدن همراه با سیستم عصبی در نظر بگیرید. او گفت: «ما اغلب به سلول‌های ایمنی در شرایط عملکردی محدودتری فکر می‌کنیم، اما به طور فزاینده‌ای درک می‌کنیم که نقش آن‌ها گسترده‌تر است.»

هانیفا می‌خواهد نقش سیستم ایمنی بدن را در رشد جنینی بررسی کند. اکتبر گذشته، او و همکارانش مطالعه‌ای در طبیعت منتشر کردند که در آن فعالیت ژن در سلول‌های فردی از سیستم خونی در حال توسعه و سیستم ایمنی جنین انسان به تفصیل شرح داده می‌شود. آن‌ها بیش از ۲۰۰۰۰۰ سلول را از کیسه زرده، کبد، پوست و کلیه‌ها در نقاط مختلف بین هفته هفتم و هفدهم رشد و نمو، بیرون آوردند. این کار یک مرحله مهم بود زیرا این اولین تلاش برای ترسیم نقشه توسعه سیستم ایمنی و خون انسان، شامل گلبول‌های قرمز و سفید خون، با قدرت تفکیک یک سلول بود.

به گفته شروتی نایک، زیست‌شناس سلول‌های بنیادی و محقق تک سلولی در دانشگاه نیویورک، «این مقاله پیامدهای بزرگی برای درک ما از نه تنها بارداری انسان بلکه اشتباهات مادرزادی در ایمنی و اختلالات رشدی دارد.»

حنیفا دریافت که در مراحل اولیه رشد و نمو انسان، دسته‌ای از سلول‌های ایمنی وجود دارند که به نظر او می‌توانند نشان دهند که سلول‌ها نقش مهمی در رشد و نمو بافت‌ها دارند. او به ماست سل‌ها اشاره می‌کند که به طور سنتی در واکنش‌های آلرژیک شرکت دارند و در طول سه‌ماهه اول در کیسه زرده ظاهر می‌شوند. چرا آن‌ها باید آنجا باشند در حالی که آلرژی معمولا برای جنین مشکلی ندارد؟ اما ماست سل‌ها نیز در پیشرفت عروق خونی در سرطان دخیل هستند، بنابراین آنیفا تعجب می‌کند که آیا آن‌ها ممکن است با تشکیل عروق خونی سالم نیز ارتباط داشته باشند.

رگیف اشاره می‌کند که تحقیقات بیشتری برای روشن کردن وظایف ماست سل‌ها در مراحل مختلف رشد مورد نیاز است. اما به نظر او، «این احتمال که سلول‌هایی که در مراحل اولیه بوجود می‌آیند دارای کارکرده‌ای متنوع‌تر در بافت در حال توسعه باشند، یک فرضیه بسیار قانع‌کننده است.»

این مقاله توسط ربات هوشمند ترجمه مقالات علمی و به صورت خودکار ترجمه شده و می‌تواند به صورت محدود دارای اشکالات ترجمه باشد.