21 farm vestn 2024; 75 PREGLEDNI ZNANSTVENI ČLANKI 1 Uvod Živčni rastni dejavnik nastaja v živčnih celicah in ga uvrščamo med nevrotrofične dejavnike (1). Uravnava rast, normalen raz- voj in delovanje centralnih in perifernih nevronov (2, 3). Po- treben je za diferenciacijo in preživetje simpatičnih in senzor- nih nevronov kot tudi holinergičnih nevronov v možganih (3). Poleg živčnih celic ga proizvajajo tudi številne druge celice v različnih tkivih, med katerimi so tudi tiste, ki sodelujejo pri vnetnih procesih in imunskih odzivih tkiv (4, 5). VPLIV ŽIVČNEGA RASTNEGA DEJAVNIKA NA VNETJE TER CELJENJE IN OBNOVO TKIV INFLUENCE OF NERVE GROWTh FACTOR ON INFLAMMATION, hEALING PROCESS AND REGENERATION OF TISSUES AVTORICA / AUThOR: asist. dr. Ilonka Ferjan, dr. med., mag. farm. Univerza v Ljubljani, Medicinska fakulteta, Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Korytkova ulica 2, 1000 Ljubljana NASLOV ZA DOPISOVANJE / CORRESPONDENCE: E-mail: ilonka.ferjan@mf.uni-lj.si POVZETEK Živčni rastni dejavnik je protein, ki je potreben za nor- malen razvoj in preživetje živčnega sistema. Nastaja v živčnih celicah, proizvajajo pa ga tudi številne celice, ki sodelujejo pri različnih vnetnih in drugih imunskih procesih. Na površini teh celic so prisotni specifični tirozin kinazni receptorji, na katere se veže živčni ra- stni dejavnik. Posledica te vezave je sproščanje top- nih celičnih dejavnikov oz. vnetnih mediatorjev, ki sodelujejo pri vnetju in povzročajo zgodnji in pozni vnetni odziv tkiv. Mediatorji vnetja histamin, serotonin, triptaza in nekateri interlevkini so odgovorni za nasta- nek hitrega vnetnega in imunskega odziva tkiv. Ne- kateri citokini, predvsem interlevkini in rastni dejavniki, ki se iz vnetnih celic sprostijo kasneje, pa sodelujejo pri celjenju in obnovi poškodovanih tkiv. KLJUČNE BESEDE: celjenje tkiv, vnetne celice, vnetne reakcije, živčni ra- stni dejavnik ABSTRACT Nerve growth factor is a protein that regulates the normal differentiation and survival of the nerve sys- tem. It is produced in neurons and in several non- nervous cells which are involved in certain inflammatory and immunological processes. Inflam- matory cells express specific tyrosine kinase recep- tors. Binding of the nerve growth factor to these receptors activates inflammatory cells which in turn secret many soluble inflammatory mediators. These mediators, histamine, serotonin, tryptase and some interleukins, are involved in early responses of in- flammatory cells. On the other hand, the cytokines and growth factors that are produced later in the in- flammatory process activates fibroblasts and other cell types, which participate in healing processes of damaged tissues. KEy WORDS: healing process, inflammation, inflammatory cells, nerve growth factor 22 UPORABA KOPROCESIRANIh POMOŽNIh SNOVI PRI IZDELAVI ORODISPERZIBILNIh TABLET farm vestn 2024; 75 Živčni rastni dejavnik se nahaja tako v vnetnih kot tudi strukturnih celicah, ki sodelujejo pri vnetju (6). Med vnetne celice sodijo mastociti, bazofilci, limfociti B in T, nevtrofilci, makrofagi in eozinofilci. Med strukturne tkivne celice pa v tem kontekstu uvrščamo mišične, endotelijske in fibrobla- stne celice. Živčni rastni dejavnik vpliva na rast, diferencia- cijo in preživetje teh celic (7). Poleg tega vpliva tudi na sintezo imunoglobulinov, kemotakso nevtrofilcev in sproš- čanje vnetnih mediatorjev iz aktiviranih mastocitov, nevtro- filcev, bazofilcev in makrofagov (8). Na ta način lahko torej živčni rastni dejavnik sodeluje pri različnih imunskih bolez- nih in vnetnih procesih. 2 ReceptoRji za živčNi RaStNi dejavNik V različnih tkivih so izraženi receptorji, na katere se veže živčni rastni dejavnik in tako povzroči svoje učinke. Veže se tako na visokoafinitetne tropomiozin kinaza A receptorje (receptorji TrkA) kot nizkoafinitetne receptorje p75 (8, 9). Receptorji TrkA so specifični za vezavo živčnega rastnega dejavnika (8). Receptorji P75 pa niso specifični samo za vezavo živčnega rastnega dejavnika, saj se nanje vežejo tudi drugi nevrotrofični dejavniki, ki prav tako uravnavajo preživetje celic (8). Živčni rastni dejavnik povzroči večino svojih učinkov z ve- zavo na receptorje TrkA. Receptorji TrkA so transmembran- ski proteini iz znotrajceličnega tirozin kinaznega dela in zunajceličnega dela, ki je odgovoren za vezavo živčnega rastnega dejavnika (8). Receptorji TrkA so izraženi v večini tkiv, in sicer na živčnih, strukturnih, tkivnih in vnetnih celicah. 3 MehaNizeM SpRoščaNja MediatoRjev vNetja iz vNetNih celic po delovaNjU živčNega RaStNega dejavNika Vezava živčnega rastnega dejavnika na receptorje TrkA na vnetnih celicah povzroči podvojitev receptorja in fosforila- cijo tirozinskih ostankov na znotrajcelični strani receptorja. Slika 1: Mehanizem sproščanja mediatorjev vnetja iz vnetnih celic po delovanju živčnega rastnega dejavnika (NGF). Vezava NGF na receptorje TrkA aktivira fosfolipazo C (PLC), fosfatidilinozitol-3-kinazo (PIP-3-K) in protein kinazo C (PKC). Nastane fosfatidilinozitol-3-fosfat (PIP-3). Zveča se koncentracija prostih Ca 2+ v celici, ki je stimulus za sproščanje granul z mediatorji vnetja iz vnetne celice. Figure 1: The mechanism of the release of inflammatory mediators from inflammatory cells. Binding of the nerve growth factor (NGF) to TrkA receptors activates phospholipase C (PLC), phosphatidylinositol-3-kinase (PIP-3-K) and protein kinase C (PKC). Phosphatidylinositol-3- phosphat (PIP-3), which is produced, increases intracellular free Ca 2+ and leads to degranulation of inflammatory cells. 23 farm vestn 2024; 75 PREGLEDNI ZNANSTVENI ČLANKI Na fosforilirana mesta se vežejo različni encimi, ki se jim po fosforilaciji poveča encimska aktivnost (4). Tako se po vezavi živčnega rastnega dejavnika na zanj specifičen re- ceptor aktivirajo encimi fosfolipaza C (PLC), protein kinaza C (PKC) in fosfatidilinozitol-3-kinaza (PIP-3-K). Pri tem aktivacija encimov PLC in PIP3-C omogoča nastanek fos- fatidil-inozitoltrifosfata (PIP 3 ), ki sprošča Ca 2+ iz znotrajce- ličnih zalog. Tako se zveča koncentracija prostih Ca 2+ v citoplazmi vnetne celice, kar je stimulus za sproščanje me- diatorjev vnetja (4). Aktivacija PKC pa ima vlogo pri pre- ureditvi citoskeleta v tkivnem bazofilcu in tako olajša premikanje granul z mediatorji vnetja k celični membrani. Sledi proces sprostitve granul iz vnetne celice (4). Iz granul se nato sprostijo z degranulacijo številni mediatorji vnetja (slika 1). 4 vplivi živčNega RaStNega dejavNika pRi iMUNSkih bolezNih Živčni rastni dejavnik sodeluje pri nekaterih imunskih bo- leznih, in sicer alergijskih reakcijah in različnih avtoimunskih patoloških stanjih. Med alergijskimi reakcijami so najpogo- stejše kožne alergije in astma (9). Med avtoimunske bolezni v povezavi z živčnima rastnim dejavnikom uvrščamo npr. multiplo sklerozo in revmatoidni artritis (10). Alergije so preobčutljivostni odzivi organizma na alergene. Med njimi so najpogostejše hitre preobčutljivostne reakcije ali alergijske reakcije tipa I. V tem primeru gre za takojšen preobčutljivostni odziv v različnih delih organizma, in sicer z lokalno ali sistemsko izraženo simptomatiko (10). Urtika- rija ali koprivnica je primer hitre preobčutljivostne reakcije, izražene na koži. V dihalih pa lahko po vdihovanju alergena pride do alergijskega rinitisa ali astmatičnega napada. huda, življenje ogrožajoča alergijska reakcija, ki prizadene celotni organizem, je anafilaktični šok (10). Preobčutljivostno reakcijo sproži predhodna senzibilizacija imunskih celic (limfocitov, mastocitov, krvnih bazofilcev in eozinofilcev) z določenim antigenom (10, 11). Limfociti B začnejo tvoriti protitelesa IgE, ki se s svojimi konstantnimi predeli vežejo na zanje specifične receptorje Fc, izražene na mastocitih in bazofilcih. Epitopi alergena se vežejo na variabilne predele oz. paratope dveh protiteles IgE, ki ju po- vežejo med seboj, to pa nato aktivira mastocite, bazofilce, eozinofilce in nekatere druge vnetne celice. Posledično se iz njih sprostijo številni mediatorji vnetja, ki posredujejo pri imunskem odzivu organizma. Imunske celice, ki so efektorske celice pri alergijah, po akti- vaciji z alergeni sintetizirajo in sproščajo tudi živčni rastni dejavnik, katerega zvišane koncentracije so prisotne v krvi bolnikov z določenimi oblikami alergijskih reakcij (12). Kot smo že omenili, ta po vezavi na receptorje TrkA, izražene na vnetnih celicah, sproži še dodatno sproščanje media- torjev vnetja (12). Iz mastocitov se z degranulacijo znotraj- celičnih granul sprošča histamin, pa tudi drugi mediatorji, ki povzročajo takojšnji alergijski odziv v tkivih (11). Kasneje se iz mastocitov in eozinofilcev sproščajo tudi številni cito- kini, ki imajo ključno vlogo pri poznem alergijskem odzivu (12, 13). Astma je imunska reakcija, za katero je značilno vnetje v sluznicah dihal in posledična preobčutljivost dihalnih poti, ki se kaže z njihovo konstrikcijo oz. zožitvijo dihalnih poti (bronhijev). V bronhijih nastaja živčni rastni dejavnik tako v različnih vnetnih (mastociti, eozinofilci, bazofilci) kot struk- turnih celicah (gladkomišične, endotelijske, fibroblastne in živčne celice). Njegovo delovanje na vnetne celice povzroči zgodnji preobčutljivostni odziv z vnetno reakcijo v bronhijih, učinkovanje na strukturne celice pa njihov preobčutljivostni odziv z zožitvijo bronhijev (12, 13, 14). 5 vloga živčNega RaStNega dejavNika v zgodNjeM odzivU vNetNih celic Mediatorji vnetja, ki povzročijo zgodnji vnetni odziv (slika 2), so biogeni amini (histamin in serotonin), encim triptaza in nekateri inerlevkini (IL), npr. IL-6 in IL-8 (8). Skupaj sode- lujejo pri nastanku alergijskih reakcij s hitrim vnetnim odzi- vom (15, 16). Poleg tega se vežejo na specifične receptorje, ki se nahajajo na žilnem endoteliju, s čimer ve- čajo njegovo prepustnost in povzročijo vazodilatacijo. S tem je omogočen olajšan prehod levkocitov in drugih vne- tnih celic iz krvi, kjer lahko nato sodelujejo pri kasnejšem vnetnem odzivu (17, 18). 6 pozNi odziv vNetNih celic iN vloga živčNega RaStNega dejavNika v pRoceSih celjeNja iN obNove tkiv Iz vnetnih celic, ki zaradi vazodilatacije prispejo na mesto vnetja, se sprostijo interlevkini in rastni dejavniki (slika 2). 24 UPORABA KOPROCESIRANIh POMOŽNIh SNOVI PRI IZDELAVI ORODISPERZIBILNIh TABLET farm vestn 2024; 75 Med interlevkini omenimo IL-4 in IL-8, med rastnimi dejav- niki pa žilni endotelni rastni dejavnik (VEGF) ter živčni rastni dejavnik (19). Poleg tega fibroblasti, ki so jih aktivirali me- diatorji vnetja, sproščeni iz vnetnih celic po delovanju živ- čnega rastnega dejavnika v zgodnji fazi, izločajo fibroblastni rastni dejavnik. Fibroblastni rastni dejavnik omogoči dozo- revanje fibroblastov, ki imajo glavno vlogo pri celjenju in ob- novi tkiv (20). Fibroblastni rastni dejavnik, IL-4 in IL-8 omogočajo nastanek ugodnega okolja, v katerem zreli fi- broblasti tvorijo kolagen, proteoglikane in elastin ter tako sodelujejo pri reepitelizaciji in obnovi tkiv (21). Številni drugi interlevkini (IL-1, IL-3, IL-5, IL-6, IL-8, IL-10) in rastni de- javniki (dejavnik tumorske nekroze α (TNF-α), VEGF in živ- čni rastni dejavnik) sodelujejo tudi pri nastanku novih žil (angiogenezi), ki so nujno potrebne za prehranjevanje no- vonastalega tkiva (5). Legenda: živčni rastni dejavnik (NGF), tropomiozin kinaza A receptorji (receptorji TrkA), histamin (Hi), serotonin (5HT), interlevkini (IL), žilni endotelni rastni dejavnik (VEGF), dejavnik tumorske nekroze α (TNF-α), fibroblastni rastni dejavnik (FGF) Slika 2: Vpliv živčnega rastnega dejavnika (NGF) na zgodnji in pozni odziv vnetnih celic. Vezava NGF na receptorje TrkA povzroči sproščanje histamina, serotonina, IL-6 in IL-8 ter zgodnji odziv vnetnih celic. Pri tem se poveča prepustnost žilnega endotelija in olajšan je prehod vnetnih celic iz krvi. Iz vnetnih celic se nato sprostijo interlevkini (IL-1, IL-3, IL-5, IL-6, IL-8, IL-10) in rastni dejavniki (NGF, FGF, TNF-α, VEGF) , ki povzročijo pozni odziv vnetnih celic. Figure 2: The effect of the nerve growth factor (NGF) on the early and late response of inflammatory cells. Binding of NGF to TrkA receptors induces a rapid release of some mediators (histamine, serotonin, interleukin-6, interleukin-8) that are involved in the early response of inflammatory cells. Mast cells mediators including interleukins (IL-1, IL-3, IL-5, IL-6, IL-8, IL-10) and growth factors (NGF, FGF, TNF-α, VEGF), contribute to the late response of inflammatory cells. 25 farm vestn 2024; 75 PREGLEDNI ZNANSTVENI ČLANKI 7 Sklep Živčni rastni dejavnik je pomembna molekula, ki uravnava normalen razvoj živčnega sistema, sodeluje pa tudi pri ra- zličnih vnetnih procesih in določenih imunsko pogojenih boleznih. Vpliva na povečano sproščanje številnih topnih mediatorjev vnetja. Nekateri od teh se sprostijo iz vnetnih celic takoj po njihovi aktivaciji z živčnim rastnim dejavnikom in povzročijo zgodnjo vnetno reakcijo. Tisti mediatorji, ki se sprostijo kasneje po začetni aktivaciji celic, pa sodelujejo pri celjenju in obnovi poškodovanih tkiv. Živčni rastni de- javnik je tako udeležen pri različnih vrstah alergij, avtoimun- skih boleznih, pa tudi pri obnovi tkiv. Temeljito poznavanje delovanja živčnega rastnega dejavnika na številne celične procese bo pripomoglo k zdravljenju različnih imunsko po- gojenih bolezni in vnetnih stanj. Mednje sodijo predvsem različne zgodnje alergijske reakcije, pa tudi procesi, ki omo- gočajo celjenje in obnovo tkiv. 8 liteRatURa 1. Levi-Montalchini R., Skaper SD, Dal Toso R, Petrelli L, Leon A. Nerve growth factor: from neurotrophin to neurokine. Trends Neurosci 1996 Nov;19(11):514-20. 2. Yankner BA, Shooter EM. The biology and mechanism of action of nerve growth factor. Annu Rev Biochem 1982;51,845-68. 3. Mahmoud G, Baassiri E, Dosh L, Haidar H, Gerges A, Baassiri S et al. Nerve growth factor and burn wound healing: Update of molecular interactions with skin cells. Burns. 2023 Aug;49(5):989-1002. 4. Stephen D. Skaper. Nerve growth factor: a neuroimmun crosstalk mediator for all seasons. Immunology 2017 May;151(1):1-15. 5. Kennelly R, Conneely JB, Bouchier-Hayes d, Winter DC. Mast cells in tissue healing: from skin to the gastrointestinal tract. Curr Pharm Des 2011;17(34):3772-75. 6. Mukai K, Tsai M, Saito H. Mast cells as sources of cytokines, chemokines and growth factors. Immunol Rev. 2018 Mar;282(1);121-50. 7. Kioussis D, Pachinis V. Immune and nervous systems: More than just a superficial similarity. Immunity 2009 Nov;31(5),705- 10. 8. Minnone G, Benedetti F and Bracci-Laudiero L. NGF and its receptors in the regulation of inflammatory response. Int J Mol Sci 2017 May;18(5):1028. 9. Frossard N, Freund V, Advenier C. Nerve growth factor and its receptors in astma and inflammation. Eur J Pharmacol 2004 Oct;500(1-3):453-65. 10. Skaper SD. Nerve growth factor: a neuroimmune crosstalk mediator for all seasons. Immunology. 2017 May;151(1):1-15. 11. Kritas SK, Caraffa A, Antinolfi P , Saggini A, Pantalone A, Rosati M, Tei M, Speziali A, Saggini R, Pandolfi F, Cerulli G and Conti P . Nerve growth factor interactions with mast cells. Int J Immunopathol Pharmacol 2014 Jan-Mar;27(1):15-19. 12. Micera A, Puxeddu i, Aloe l, levi-Schaffer F. New insights on the involvement of Nerve Growth Factor in allergic inflammation and fibrosis. Cytokine Growth Factor Rev 2003Oct;14(5):369-74. 13. Olgart Hoglund C, Frossard N. Nerve growth factor and astma. Pulm Pharmacol Ther 2002;1(1)5:51-60. 14. Štempelj M, Ferjan I. Živčni rastni dejavnik – njegova vloga pri astmi in alergijskih reakcijah. Zdrav Vestn 2005;74(5):307-9. 15. Ferjan I. Regulatorna vloga Ca2+ ionov pri sproščanju mediatorjev vnetja iz mastocitov. Farm Vest 2009;60(3):165-68. 16. Štempelj M, Ferjan I. Signaling pathway in nerve growth factor induced histamine release from rat mast cells. Inflamm Res 2005;54:344-49. 17. Mukai K, Tsai M, Saito H, Galli S. Mast cells as sources of cytokines, chemokines and growth factors. Immunol Rev.2018 Mar;282(1):121-50. 18. Hoyle GW. Neurotrophins and lung disease. Cytokine Growth Factor Rev 2003 Dec;14(6):551-8. 19. Micera A, Puxeddu I, Aloe L, Levi-Schaffer F. New insights on the involvement of Nerve Growth Factor in allergic inflammation and fibrosis. Cytokine Growth Factor Rev. 2003 Oct;14(5):369- 74. 20. Komi DE, Khomtchouk K, Santa Maria PL. A review of the contribution of mast cells in wound healing: involved molecular and cellular mechanisms. Clin Rev Allergy Immunol 2020 Jun;58(3):298-312. 21. Hinz B. The role of myofibroblasts in wound healing. Curr Res Transl Med 2016 Oct-Dec;64(4):171-7.