ऑक्सीडेटिव चोट और न्यूरोप्रोटेक्शन में न्यूरॉन और ग्लियाल कोशिकाओं के बीच क्रॉसटॉक भाग 2

3. एस्ट्रोसाइट्स

3.1. मस्तिष्क में एस्ट्रोसाइट्स

एस्ट्रोसाइट्स सबसे गतिशील और प्रचुर मात्रा में पाई जाने वाली मानव मस्तिष्क कोशिकाएँ हैं जो मस्तिष्क होमियोस्टेसिस को बनाए रखने के लिए जिम्मेदार हैं। एस्ट्रोसाइट्स को प्रादेशिक कोशिकाएँ कहा जाता है और इनमें कई विस्तारित प्रक्रियाएँ होती हैं जो आसन्न कोशिकाओं के साथ संचार करती हैं; इस प्रकार, वे संबद्ध कार्यात्मक सिंकाइटिया के साथ संगठित शारीरिक डोमेन बनाते हैं [26]।

एस्ट्रोसाइट्स मस्तिष्क में एक आवश्यक कोशिका प्रकार हैं। ये कोशिकाएँ न्यूरॉन्स की सुरक्षा और समर्थन करने तथा संपूर्ण तंत्रिका तंत्र के सामान्य कामकाज को बनाए रखने के लिए जिम्मेदार होती हैं। हाल के वर्षों में, अधिक से अधिक अध्ययनों से पता चला है कि एस्ट्रोसाइट्स मानव स्मृति के निर्माण और रखरखाव से भी निकटता से संबंधित हैं।

शोध में पाया गया है कि एस्ट्रोसाइट्स न्यूरॉन्स के बीच सिनैप्टिक कनेक्शन को प्रभावित कर सकते हैं, जिससे यादों के निर्माण और भंडारण पर असर पड़ता है। ये ग्लियल कोशिकाएं न्यूरॉन्स से कचरा और अन्य हानिकारक पदार्थों को भी हटा सकती हैं। तंत्रिका तंत्र के स्वास्थ्य को बनाए रखने के साथ-साथ ये हमारी याददाश्त को बेहतर बनाने में भी मदद करती हैं।

इसके अलावा, वैज्ञानिकों ने पाया है कि एस्ट्रोसाइट्स FGF2 नामक एक अणु का उत्पादन करते हैं, जो सीखने और याददाश्त को बेहतर बनाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। प्रयोगों में पाया गया है कि एस्ट्रोसाइट्स में FGF2 की मात्रा बढ़ाने से चूहों की सीखने की क्षमता और याददाश्त में काफी सुधार हो सकता है।

इससे भी ज़्यादा रोमांचक बात यह है कि कुछ अध्ययनों से पता चला है कि स्वस्थ जीवनशैली बनाए रखने से एस्ट्रोसाइट की वृद्धि और कार्य को बढ़ावा मिल सकता है। उदाहरण के लिए, नियमित व्यायाम, स्वस्थ आहार और पर्याप्त नींद एस्ट्रोसाइट की वृद्धि और कार्य को बढ़ावा दे सकती है, जो हमारी याददाश्त को बेहतर बनाने में मदद कर सकती है।

इसलिए, हालाँकि जीवन में कुछ प्रतिकूल कारक, जैसे कि अत्यधिक शराब पीना या कुछ दवाओं का उपयोग, एस्ट्रोसाइट्स की वृद्धि और कार्य को प्रभावित करेगा, फिर भी ऐसे कई उपाय हैं जो हम उनके कार्य को बेहतर बनाने के लिए कर सकते हैं। जब तक हम सकारात्मक दृष्टिकोण बनाए रखते हैं और यथासंभव स्वस्थ रहते हैं, तब तक हम संभावित रूप से मजबूत यादें और बेहतर न्यूरोलॉजिकल स्वास्थ्य रख सकते हैं। यह देखा जा सकता है कि हमें याददाश्त में सुधार करने की आवश्यकता है, और सिस्टेन्चे डेज़र्टिकोला याददाश्त में काफी सुधार कर सकता है, क्योंकि सिस्टेन्चे डेज़र्टिकोला में एंटीऑक्सिडेंट, एंटी-इंफ्लेमेटरी और एंटी-एजिंग प्रभाव होते हैं, जो मस्तिष्क में ऑक्सीकरण और भड़काऊ प्रतिक्रियाओं को कम करने में मदद कर सकते हैं, जिससे तंत्रिका तंत्र के स्वास्थ्य की रक्षा होती है। इसके अलावा, सिस्टेन्चे डेज़र्टिकोला तंत्रिका कोशिकाओं की वृद्धि और मरम्मत को भी बढ़ावा दे सकता है, इस प्रकार तंत्रिका नेटवर्क की कनेक्टिविटी और कार्य को बढ़ाता है। ये प्रभाव स्मृति, सीखने और सोचने की गति को बेहतर बनाने में मदद कर सकते हैं, और संज्ञानात्मक शिथिलता और न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों के विकास को भी रोक सकते हैं।

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एस्ट्रोसाइट्स इंट्रापैरेन्काइमल रक्त वाहिकाओं पर संवहनी प्रक्रियाओं (एस्ट्रोसाइटिक एंड-फ़ीट) को प्रोजेक्ट करते हैं और संवहनी डिब्बे और मस्तिष्क के बीच अणुओं और कोशिकाओं की गति को नियंत्रित करने के लिए पोत की सतहों को ढंकते हैं [27]।

मानव एस्ट्रोसाइट्स को आमतौर पर उनके न्यूरोएनाटॉमी [28] के आधार पर चार उपविभागों में वर्गीकृत किया जाता है। सबसे पहले, इंटरलैमिनर एस्ट्रोसाइट्स में एक गोल कोशिका शरीर और छोटी प्रक्रियाएँ होती हैं और वे कॉर्टेक्स की परत I में स्थित होती हैं। दूसरे, प्रोटोप्लाज्मिक एस्ट्रोसाइट्स ग्रे मैटर में पाए जाते हैं और कॉर्टेक्स की परतों II-VI में स्थित होते हैं। वे सबसे प्रचुर मात्रा में पाए जाने वाले एस्ट्रोसाइट्स हैं और उनमें कई प्रक्रियाएँ और एक झाड़ीदार आकृति विज्ञान होता है।

तीसरा, वैरिकोज प्रोजेक्शन एस्ट्रोसाइट्स V-VI परतों में स्थित होते हैं और इनमें एक से पांच लंबी प्रक्रियाओं के साथ छोटी स्पाइनी प्रक्रियाएं होती हैं जो कॉर्टेक्स के भीतर लंबी दूरी के संचार में कार्य कर सकती हैं। चौथा, रेशेदार एस्ट्रोसाइट्स सफेद पदार्थ में स्थित होते हैं और बड़ी कोशिकाएं होती हैं जिनमें कम प्रक्रियाएं होती हैं। रेशेदार एस्ट्रोसाइट प्रक्रियाएं ऑलिगोडेंड्रोग्लिया से संपर्क करने के लिए कई एक्सटेंशन भेजती हैं जो माइलिनेटेड एक्सॉन को लपेटती हैं [29]।

एस्ट्रोसाइट्स को उनकी रूपात्मक विशेषताओं के अनुसार प्रकार I-III में वर्गीकृत किया जाता है, जैसे कोशिका शरीर का आकार, प्रक्रियाओं की संख्या, प्रक्रियाओं की मोटाई, प्रक्रियाओं की दिशा और प्रक्रियाओं की लंबाई।

टाइप Iएस्ट्रोसाइट्स की विशेषता एक छोटे सेल बॉडी और कई छोटी प्रक्रियाओं से होती है। टाइप IIएस्ट्रोसाइट्स की विशेषता एक द्विध्रुवीय आकार और लंबी प्रक्रियाओं से होती है। टाइप III एस्ट्रोसाइट्स की विशेषता एक स्टार आकार और लंबी प्रक्रियाओं से होती है [30,31]।

एस्ट्रोसाइटोसिस का कार्य सिनैप्टिक फ़ंक्शन और न्यूरोट्रांसमिशन के मॉड्यूलेशन में सहायक भूमिका निभाकर न्यूरॉन्स की सहायता करना है। एस्ट्रोसाइट्स की प्रक्रियाएँ सिनैप्स को घेरती हैं और इनमें न्यूरोट्रांसमीटर, साइटोकाइन्स, ग्रोथ फैक्टर और आयन चैनल के लिए कई तरह के रिसेप्टर्स होते हैं।

एस्ट्रोसाइट्स कोशिका के अंदर Ca2+ के बाह्य ग्लूटामेट द्वारा स्रावित होने से प्रभावित होते हैं, और कई ग्लियोट्रांसमीटर जैसे कि ग्लूटामेट, प्यूरीन, GABA और D-सेरीन के स्राव के बाद कोशिका के अंदर Ca2+ के स्तर को बढ़ाकर सिनेप्स के आयनिक संतुलन को बनाए रखते हैं [32,33] न्यूरॉन्स मस्तिष्क के सूक्ष्म वातावरण में छोटे बदलावों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं, भले ही उनका चयापचय उपभोग अधिक हो।

सामान्य मस्तिष्क में एस्ट्रोसाइट्स की भूमिका ग्लूटामेट अपटेक और रीसाइक्लिंग, K + बफरिंग, ऊर्जा सब्सट्रेट की आपूर्ति, पीएच बफरिंग और ऑक्सीडेटिव तनाव के खिलाफ रक्षा के माध्यम से बाह्य कोशिकीय होमियोस्टेसिस का रखरखाव है [28]।

3.2. ऑक्सीडेटिव चोट में एस्ट्रोसाइट्स

एस्ट्रोसाइट्स मस्तिष्क में आराम या प्रतिक्रियाशील अवस्था में मौजूद होते हैं, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। प्रतिक्रियाशील एस्ट्रोसाइट्स टीएनएफ और आरओएस सहित भड़काऊ साइटोकिन्स जारी करते हैं, और ग्लियालस्कार्स बनाते हैं जो एक्सॉन पुनर्जनन और न्यूराइट आउटग्रोथ को बाधित करते हैं [34–36]।

सक्रिय एस्ट्रोसाइट्स चोट के बाद मस्तिष्क के कार्य को ठीक करने में मदद करते हैं, लेकिन न्यूरोटॉक्सिक हो सकते हैं। प्रतिक्रियाशील एस्ट्रोसाइट्स नाइट्रिक ऑक्साइड (NO) को बाह्यकोशिकीय स्थान में छोड़ते हैं; इससे लिपिड पेरोक्सीडेशन, माइटोकॉन्ड्रियल हानि और डीएनए स्ट्रैंड ब्रेक को प्रेरित करके न्यूरोनल चोट और मृत्यु हो सकती है [37]।

एस्ट्रोसाइटिक एंटीऑक्सीडेंट सिस्टम आरओएस (सुपरऑक्साइड, हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स और नाइट्रिक मोनोऑक्साइड) को संतुलित करता है जो सीएनएस द्वारा ऑक्सीजन चयापचय के दौरान स्वाभाविक रूप से उत्पादित होते हैं [38]। प्रतिक्रियाशील एस्ट्रोसाइट्स में ऑक्सीडेटिव तनाव विशिष्ट प्रोटीन पर दीर्घकालिक प्रभाव डालता है, जिसमें कनेक्सिन, ग्लूटामेट ट्रांसपोर्टर और एंजाइम शामिल हैं, जो एस्ट्रोसाइट्स और न्यूरॉन्स के बीच बातचीत को प्रभावित करते हैं [39]।

एस्ट्रोसाइट द्वारा ग्लूटामेट के अवशोषण के लिए उच्च स्तर की ऊर्जा की आवश्यकता होती है, एक ग्लूटामेट अवशोषण के लिए एक से अधिक एटीपी अणु की आवश्यकता होती है। हालांकि, एटीपी की कमी एस्ट्रोसाइट्स में आरओएस-प्रेरित ग्लूटामेट अवशोषण अवरोध के तंत्र से संबंधित है [40,41]। एस्ट्रोसाइट ग्लूटामेट ट्रांसपोर्टर को अवरुद्ध करने से न्यूरोनल उत्तेजना और उत्तेजक न्यूरोट्रांसमिशन को शक्तिशाली बनाकर न्यूरोटॉक्सिसिटी बढ़ जाती है [42]।

एस्ट्रोसाइट्स द्वारा उत्पन्न ऑक्सीडेटिव तनाव मुख्य रूप से माइटोकॉन्ड्रिया-व्युत्पन्न ऑक्सीडेटिव तनाव, एनएडीपीएच-व्युत्पन्न ऑक्सीडेटिव तनाव और आरएनएस उत्पादन के माध्यम से होता है। माइटोकॉन्ड्रिया कोशिका शरीर और एस्ट्रोसाइट्स की पतली और लंबी प्रक्रियाओं में वितरित होते हैं [43]। एस्ट्रोसाइट्स में माइटोकॉन्ड्रियल फ़ंक्शन को बाधित करना और आरओएस को बढ़ाना एस्ट्रोग्लिओसिस की ओर जाता है। एनएडीपीएच-व्युत्पन्न ऑक्सीडेटिव तनाव एस्ट्रोसाइट्स के शारीरिक कार्य को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है।

NOX परिवार में, NOX2 और NOX4 सीएनएस में सबसे प्रचुर मात्रा में व्यक्त NOXisoforms हैं [43]। NOX4, लेकिन NOX2 एस्ट्रोसाइट्स में व्यक्त नहीं होता है, और यहां तक ​​कि NOX4 की अभिव्यक्ति भी एस्ट्रोसाइट्स में ऑक्सीडेटिव तनाव को नियंत्रित करती है [44,45]।

एस्ट्रोसाइटिक आरएनएस उत्पादन एस्ट्रोसाइट-व्युत्पन्न ऑक्सीडेटिव तनाव को भी प्रभावित करता है। मुख्य एनओएस आइसोफॉर्म, जिसमें Ca2+/कैल्मोडुलिन-निर्भर न्यूरोनल एनओएस, एंडोथेलियल एनओएस और Ca2+-स्वतंत्र प्रेरित एनओएस शामिल हैं, एस्ट्रोसाइट्स में देखे जाते हैं [5,46]। एस्ट्रोसाइटिक एनओ एस्ट्रोसाइट्स में एस्ट्रोसाइट-प्रेरित न्यूरोनल अध:पतन और Cu-Zn सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेज (SOD1) एकत्रीकरण की ओर ले जाता है, जो इस्केमिक/रिपर्फ्यूजन सीएनएस चोट को प्रेरित कर सकता है [47,48]।

3.3. एस्ट्रोसाइट-मेडिकेटेड एंटीऑक्सीडेंट डिफेंस

एस्ट्रोसाइट्स मुख्य कोशिकाएं हैं जो ग्लूटामेट होमियोस्टेसिस को बनाए रखती हैं, जो उत्तेजक अमीनो एसिड को विनियमित करके ऑक्सीडेटिव तनाव के संतुलन को अप्रत्यक्ष रूप से प्रभावित करती हैं। एस्ट्रोसाइट्स न्यूरोट्रॉफिक कारकों, जैसे कि ग्लियाल-सेल-लाइन-व्युत्पन्न न्यूरोट्रॉफिक फैक्टर (GDNF) और तंत्रिका विकास कारक (NGF) को जारी करके एक्साइटोटॉक्सिसिटी को भी रोकते हैं, जो न्यूरोनल अस्तित्व का समर्थन करते हैं [39,49]।

ऑक्सीडेटिव तनाव के दौरान न्यूरोप्रोटेक्शन के लिए, एस्ट्रोसाइट्स जीएसएच, एस्कॉर्बेट और विटामिन ई सहित कई एंटीऑक्सीडेंट अणुओं का उत्पादन करते हैं, और न्यूरोनल सर्वाइवल को बेहतर बनाने के लिए जीएसएच एस-ट्रांसफरेज, जीएसएच पेरोक्सीडेज, थायोरेडॉक्सिन रिडक्टेस और कैटालेज जैसे आरओएस डिटॉक्सिफाइंग एंजाइम को सक्रिय करते हैं [26,50,51]। इसके अलावा, एस्ट्रोसाइट्स रेडॉक्स-एक्टिव धातुओं द्वारा मुक्त कणों की पीढ़ी को रोकने के लिए मस्तिष्क में धातु के पृथक्करण में भाग लेते हैं। एस्ट्रोसाइट्स मेटालोथायोनिन और सेरुलोप्लास्मिन के उच्च स्तर को व्यक्त करते हैं, जो धातु बंधन और आयन ट्रैफिकिंग में शामिल होते हैं [52]।

एस्ट्रोसाइट्स ग्लूटामेट सिस्टीन लिगेज और जीएसएच सिंथेटेस के साथ जीएसएच ट्रिपेप्टाइड को संश्लेषित कर सकते हैं। एस्ट्रोसाइट्स जीएसएच को बाह्यकोशिकीय स्थान में छोड़ते हैं और न्यूरॉन्स सीधे जीएसएच को लेते हैं या ग्लाइसिन और सिस्टीन बनाने के लिए बाह्यकोशिकीय न्यूरोनल एमिनोपेप्टिडेज़ एन का उपयोग करते हैं [53]।

न्यूरॉन्स में जीएसएच संश्लेषण के लिए सब्सट्रेट को सीमित करके जीएसएच-रहित एस्ट्रोसाइट्स में ऑक्सीडेटिव चोट के खिलाफ कम न्यूरोनल सुरक्षा देखी गई [54]। एस्ट्रोसाइट्स सिस्टीन को अवशोषित करने की क्षमता को बढ़ाकर जीएसएच को संश्लेषित करने की क्षमता को बढ़ाते हैं, जिससे ऑक्सीडेटिव तनाव के खिलाफ एस्ट्रोसाइट्स के न्यूरोप्रोटेक्टिव प्रभाव में वृद्धि होती है [5]। एक अन्य एस्ट्रोसाइट एंटीऑक्सीडेंट रक्षा तंत्र एस्कॉर्बेट का पुनर्चक्रण है, जो सीधे आरओएस को हटा सकता है और ऑक्सीकृत विटामिन ई और जीएसएच के पुनर्चक्रण के लिए एक सहकारक के रूप में कार्य कर सकता है [2]।

इस पुनर्नवीनीकृत एस्कॉर्बेट का उपयोग एस्ट्रोसाइट्स में इंट्रासेल्युलर रूप से किया जाता है और/या न्यूरॉन्स के लिए उनके एंटीऑक्सीडेंट रक्षा तंत्र के उपयोग के लिए बाह्यकोशिकीय स्थान में छोड़ा जाता है। जब एस्कॉर्बिक एसिड न्यूरॉन्स में प्रवेश करता है, तो यह ग्लूकोज की खपत को रोकता है और लैक्टेट परिवहन को उत्तेजित करता है। एस्कॉर्बिक एसिड एस्ट्रोसाइट-न्यूरॉन लैक्टेट शटल [55] को नियंत्रित करता है, और न्यूरॉन्स ग्लूटामेट का उत्पादन करते हैं, जो ग्लूटामेटेरिक सिनैप्टिक गतिविधि [56,57] के दौरान एस्ट्रोसाइट्स से एस्कॉर्बिक एसिड रिलीज को उत्तेजित करता है।

Nrf2-Keap1-ARE मार्ग में, CNS में एक महत्वपूर्ण अंतर्जात एंटीऑक्सीडेंट सिस्टम, ROS-प्रेरित प्रतिलेखन कारक न्यूक्लियर फैक्टर एरिथ्रोइड 2-संबंधित कारक 2 (Nrf2), GSH सिस्टम, थायोरेडॉक्सिन सिस्टम और SOD को नियंत्रित करता है [58]। Nrf2 का उत्पादन होता है और बेसल स्थितियों के तहत केल्च-जैसे ECH-संबंधित प्रोटीन 1 (Keap1) से बंध कर गिरावट के लिए यूबिक्विटिनेट किया जाता है [59]।

हालाँकि, Nrf2 से Keap1 का बंधन ऑक्सीडेटिव तनाव की स्थिति में वृद्धि से बाधित होता है, और यह Nrf2 को गिरावट से बचने और जीन प्रमोटरों में एंटीऑक्सिडेंट प्रतिक्रिया तत्वों (एआरई) के साथ बातचीत करने की अनुमति देता है [60,61]।

एस्ट्रोसाइट्स न्यूरॉन्स की तुलना में Nrf2 द्वारा ARE बाइंडिंग के उच्च बेसल और उत्तेजित स्तर दिखाते हैं [62]। इसके अलावा, तृतीयक ब्यूटाइलहाइड्रोक्विनोन (tBHQ) Nrf2 और इसके डाउनस्ट्रीम एंटीऑक्सीडेंट एंजाइमों को सक्रिय करता है, जैसे कि कम कोएंजाइम / क्विनोन ऑक्सीडोरडक्टेस 1 (NQO1), एस्ट्रोसाइट्स में, लेकिन न्यूरॉन्स में नहीं [63]।

एस्ट्रोसाइटिक Nrf2 ऑक्सीडेटिव होमियोस्टेसिस का मुख्य विनियामक है जैसा कि इस अवलोकन से निर्धारित होता है कि Nrf2−/− एस्ट्रोसाइट्स में अधिक गंभीर भड़काऊ प्रतिक्रियाएं होती हैं। इसके अलावा, एस्ट्रोसाइटिक डोपामाइन D2 रिसेप्टर विवो में Nrf2 ट्रांसएक्टिवेशन के माध्यम से GSH संश्लेषण को नियंत्रित करता है [64,65]।

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