TLR4, TNF ja teised immuunsüsteemi koostiosad tajude regulatsioonis

Paljud meeldivad ained tekitavad võõrutust, mille sümptomid on sarnased haigestumisega nagu näiteks uimasus, peavalu, allodüünia (tavaliselt mittevalusad sensoorsed elamused tekitavad valu), kergesti tekkivad külmavärinad ja higistamine, aktiivsed limasnäärmed, rõõmutus ning tõenäoline iiveldus või isu puudus. Seos nende vahel hakkas paistma kui juhuslikult Wikipedia TLR4 artikli leidsin, mis aitas neid seoseid selgitada osade ainete (opiaatide ja GABA agonistide) puhul.

Kokkuvõtlikult aktiveerivad etanool, opiaadid ja bakterite membraanides olevad LPS molekulid TLR4 retseptori, mis põhjustab immuunsüsteemi aktiveerivate signaalmolekulide vabanemist ja nende juurde sünteesi. TLR4 blokeerija naloksoon on samaaegselt opioidi retseptorite blokeerija. Üks neist on TNF, mis suudab neuronite pinnal glutamaadi AMPA retseptorite hulka 2 tunniga ~40 protsenti suurendada (24 tunniga suureneks see veel 10%) ning isiklikult unerohtude näitel tundub küll, et paari tunniga lähevad sensoorsed närvid väga ülitundlikuks. Liigutused on hüplikumad ja temperatuur on kas higistama ajavalt palav või värinaid tekitavalt külm aga mitte vahepealne (vahepealne oleks märja nahaga värisemine) ja isegi 0,5 mg xanax'it 1 korra suudab seda tuntavalt tekitada kuigi ka pregabaliin suudab sarnaseid probleeme üleöö tekitada ning sama käib tõenäoliselt etanooli kohta.
TNF mõjul suureneb lämmastioksiidi NO sünteesiva ensüümi iNOS hulk ning NO suudab veresooni laiendades tekitada peavalu või väiksemas skaalas punetust põletikulises kohas.

TNF aitab immuunsüsteemil mingil määral kasvajaid ning nakkuseid eemaldada kuid püsiv põletik ka selle mõjul võib kasvajaid tekitada, sest TNF aktiveerib geeniregulatsiooni reguleeriva tuumaretseptor NF-kB, mis takistab rakkude surma ja stimuleerib nende paljunemist. IL-1 on sarnaselt TNG'ga valu ja põletikku stimuleeriv.

LPS ülal pildil on baktereid kaitsev molekul mis eritub nende lagunemisel. LPS suudab stimuleerida immuunsüsteemi aktiveerides TLR4 kuid TLR4 aktiveerub ka küllastunud rasvhapete toimel. Üheks põhjuseks võib olla see, et LPS sisaldab küllastunud rasvhappeid, mis on joonisel mustalt näha. 

Palmitiinhape on kõige tavalisem küllastunud rasvhape taimedes ja loomades ning küllastunud rasvhapped suudavad stimuleerida immuunsüsteemi aktiveerivate ainete nagu TNF vabanemist kui TLR4 on normaalselt töötavad. Palmitiinhape kontsentratsioonil ~0,1 g liitris suutis TNF vabanemist ~20 korda suurendada, mis teeks 80 kg inimese jaoks ~8 grammi. Küllastumata rasvhapped suutsid nende vabanemist vähendada. Näiteks Omega-3 rasvhape DHA suutis TNF taset palmitiinhappe lisamisel muutumatult hoida kui DHA kontsentratsioon oli 0,03 g liitri kohta. TLR4 mutatsioonid suudavad vältida küllastunud rasvhapete tekitatud diabeeti kuid mitte küllastumata rasvhapete tekitatud diabeeti.

GPR120 on küllastumata rasvhapete retseptor, mida toodetakse hüpotaalamuses. Selle aktiveerumine blokeerib TLR4 ja iNOS aktiivsust vähendades TNF eritumist.

Küllastunud rasvhapped suudavad TLR4 vahendusel suurendada põletikku tekitava COX-2 tootmist. Ibuprofen ja aspiriin vähendavad põletikku COX valgu inhibeerimisega.

LPS suudab COX-2 ja NF-kB hulka vähemalt 6 korda suurendada kuid endokannabinoid 2-AG võib selle COX-2 lisandumise ära hoida.


Morfiin suudab aktiveerida TLR4 pannes gliiarakke immuunsüsteemi stimuleerivaid aineid eritama. Opiaadid vähendavad valu aktiveerides keskaju PAG rakke, mis inhibeerivad GABA osalusel selgroonärvi rakkude aktiivsust. Samas stimuleerivad opiaadid TNF vabanemist, mis stimuleerib samasid selgroonärvi rakkusid lisades kõige tundlikkust kuid vähemalt alguses pole TNF toime nii domineeriv. Võõrutusnähud algavad tavaliselt 24 tunniga ja mõõduvad tavaliselt 7-10 päevaga. Võõrutuse ajal suureneb PAG sees TNF vabanemine ja TNF süstimine PAG sisse võib tekitada võõrutusnähtuseid

Selgroonärvi vigastuse korral kaldub morfiin kahjustusi suurendama. Haava suurus on morfiini saanud loomadel ~20-25% suurem kui seda mittesaanutel ning ka suremus kaldub suurenema. Opiaadid vähendavad gliiarakkudel glutamaadi transporterite hulka, mis võimendab glutamaadi toimet pärast vabanemist. NMDA retseptorid on tavaliselt mingil määral blokeeritud magneesiumi ioonide poolt kui opioidi retseptorite aktiveerumine suurendab PKC (protein kinase C) aktiivsust, mis eemaldab selle blokeeriva magneesiumi tehes rakud tundlikumaks NMDA retseptorid glutamaadi toimele, mis võib sensoorset tundlikkuse üheks põhjuseks olla. 

IL-1 suudab morfiini valuvastast toimet vähendada ning IL-1 antagonistid suudavad morfiini valuvastast toimet võimendada. IL-1 antagonistid võivad morfiini võõrutusnähtuseid vähendada ning IL-1 deletsiooniga mutanhiirtel toimib morfiini kauem.  



Illustratsioon signaalirajast TLR4 ja tuumaretseptor (NF-kappaB) vahel. TNF ja IL-1 pole näidatud kuid need erituvad kui TLR4 aktiveerub.Osad selle signaaliahela esindajad on üksteisega vastupidise toimega. Näiteks mitteaktiivne NF-kB on seda inhibeeriva IkB küljes rakuvedelikus kuni see aktiveerub, vabaneb IkB küljest ning levib sarnaselt teiste tuumaretseptorite vähemalt kahest valgust koosnevana rakutuuma sisse, kinnitub DNA külge ja hakkab geeniekspressiooni reguleerima.

COMT (catechol-O-methyltransferase) lagundab adrenaliini, noradrenaliini ja dopamiini. Selle vähese aktiivsusega lagunevad need aeglasemalt, tekivad lihasvalud ja suureneb valutundlikkus. TNF pigem vähendab COMT tootmist. NF-kB aktiivsus võib suurendada COMT, iNOS ja COX-2 tootmist ning põletikuga suurenenud COMT toodang saab kiiremini lagundada energiat ja motivatsiooni andva adrenaliini, noradrenaliini ja dopamiini.

Etanool aktiveerib TLR4 vahendusel NF-kB. GABA A rikkuvad mutatsioonid vähendavad TLR4 tootmist ja kummagi retseptori kaotus vähendab rottidel suures koguses joomist. TLR4 antagonist naloksoon vähendab etanooliga tekkivaid uimasust ja liikumishäireid. TLR4 rikkuv mutatsioon vähendab etanooli võõrutuses rottidel ärevuse sümptomeid.

NF-kB osaleb sünapside moodustumises, mis võib olla üheks ühenduseks immuunsüsteemi ja mälu vahel. NF-kB geeni kaotus vähendab sünapside tihedust. Stimuleerivad neurotransmitetrid nagu glutamaat, östrogeen ja GABA A antagonistid stimuleerivad NF-kB aktiivsust.

NF-kappaB stimuleerib rakkude paljunemist ja blokeerib apoptoosi. Selle toodang on suurem kasvaja rakkudes. TNF ja IL-1 stimuleerivad kasvajaid kui põletik on krooniline. Nikotiin ja teised tubaka kantserogeenid stimuleerivad NF-kB aktiivsust. NF-kB saab kasvajaid aidata veresoonte kasvu stimuleerimisega, tekitades soonte kasvu stimuleerivaid ained nagu näiteks TNF. COX-1 ja COX-2 inhibiitor aspiriin saab NF-kB aktiivsust vähendada nagu ka kaltsiumikanali blokeerija nifedipiin. Autorid proovisid leida uuringuid sellest, kuidas NF-kB blokeerijad aitaks hästi kasvajate vastu kuid ei leidnud häid näiteid. Ühe riskina võib NF-kB blokeerimine immuunsüsteemi liigselt nõrgestada.

Kui NF-kB ei töödanud, siis suutis TNF rohkem apoptoosi tekitada ning ei olnud nii kantserogeenne.

Illustratsioon TNF toimest AMPA glutamaadi retseptorile (pildil GluA1). TNFR1 (TNF receptor 1) kustutamine vähendas AMPA kuid mitte NMDA retseptorite hulka ajukoores kuid TNFR2'l ei paistnud seda mõju. TNF seondub mõlema retseptoriga kuid kui TNFR1 stimuleerib apoptoosi ja AMPA neuroni pinnale kogunemist, siis TNFR2 ei mõjuta AMPA hulka pinnal ning vähendab apoptoosi. TNFR1 levitab raku sees olevaid AMPA retseptoreid pinnale ja põhjustab pinnal olevate GABA A retseptorite rakku kogumist (neurotransmitterid mõjuvad pinnal olevatele retseptoritele). Pildi B osas on pinnal olevad AMPA retseptorid värvitud enne ja pärast TNF lisamist. C osas on näha AMPA retseptorite tihedus pinnal kui neid hoiti 2 või 24 tundi TNF sees. Põhimuutus toimus esimese 2 tunniga tekitades ~40% tiheduse kasvu pinnal. D osas on geelil näidatud AMPA retseptorid nii raku pinnal kui sees mille hulk paistis ühtlane ning muutuvaks paistis põhiliselt pinnal olevate osakaal.

TNF võib enesetundes haigussümptomeid vagaalnärvi vahendusel tekitada. TNF võib kinnituda vagaalnärvi pinnal olevate rüanodiin kaltsiumikanali retseptoritega ning aktiveerida vagaalnärvi. Aktiivne vagaalnärv üldiselt vähendab siseorganite aktiivsust ning tekitab uimasust kuid aktiveerib limasnäärmeid. See võib ka iiveldust tekitada ning üks põhjus võib olla soolte lihaste vähene aktiivsus/kõhukinnisus, mis on haigestumisel tavaline ja autorite järgi põhjustab soolte vähene aktiivsus iiveldust. CB1 agonistid võivad haigustunnuseid vähendada rüanodiini retseptorite vähendamisega, mis toimub PKA (protein kinase A (valgu kinaas lisab valgule fosfaatgruppe)). TNF ennast toodetakse paljudes kudedes läbi keha sh. nahas, rasvkoes, südames, ülejäänud sidekoes ja gliiarakkudes.
 

Näited vagaalnärvi tundlikkusest ilma ja koos TNF toimega. Närvi stimuleeriti elektriliselt ja reaktsiooni mõõdeti fluorestsents valgusega, mis sõltus kaltsiumi rakku sisenemisest. TNF umbes kahekordistas aktiivsust, kannabinoid WIN2 vähendas aktiivsus, PKA antagonist H89 oli kergelt inhibeeriv ning WIN3 on WIN2 laadne struktuuriga kuid mitteaktiivne aine. WIN2 ja H89 mõlemad suutsid TNF toimet aktiivsusele tugevalt tagasi hoida.

Ülevaade osalevatest signaaliradadest. VGCC on laengust sõltuv kaltsiumikanal. Punased katkendlikud jooned tähendavad inhibeerivat toimet.  TNF põhjustab ajus ja selgroonärvis LTP laadset tundlikkuse kasvu rüanodiinretseptorite aktiveerimisega, mis suurendab neurotransmitterite vabanemist.

TNF põhjustab apoptoosi, mida saab vähendada melatoniiniga (võimalik näide sellest kuidas uni saab keha kaitsta). Melatoniin on lisaks kalmoduliini antagonist, mis osaleb mälestuste tekkes (võimalik põhjus miks mälu une ajal eriti ei tööta). Selles uuringus vältis melatoniin TNF, vesinikperoksiidi ja glutamaadi tekitatud apoptoosi eest.

Mitmed tritsüklilised ained nagu tritsüklilised antidepressandid seonduvad inhibeerijana LTR4 külge ja võimendavad morfiini valuvastast toimet kuid on suutelised ka üksi valu vähendama.

Paljud põletikku tekitavad ained nagu IL-1 ja TNF põhjustavad unisust ning põletikku vähendavad ained vähendavad unisust. Magamise puudusel suureneb üldiselt põletikku tekitavate ainete vabanemine. NF-kB on olemas igas tuumaga rakus ja selle hulk läbib 24 tunnist rütmi tekitades aktiveerudes unisust suurendades IL-1 ja TNF toodangut. TNF aktiveerib veresooni laiendava NO sünteesiva iNOS valgu ning iNOS inhibeerimine vähendab und. Ka iNOS aktiivsus läbib 24 tunnised tsükleid ja selle aktiivsus kasvab une ajaks kogunedes samuti pikaajalise unepuudusega. Ka isiklike kogemuste järgi tekib paari vähe magatud ööga haigeks jäämise tunne ning nahk muutub punakamaks nagu veresooned oleks laienenud.
TNF suurendab COX-2 aktiivsust ning COX-1 ja COX-2 inhibiitor paratsetamool vähendab und. Vagaalnärvi aktiveerumine sellelaadsete ainete mõjul võib unele kaasa aidata. TNF ise paistab kohalikult und tekitavalt. TNF süstimine ühe ajupoolkera sisse tekitas katseloomadel suhteliselt rohke msügavat und selles poolkeras kui REM unele polnud seda toimet. Potentsiaalselt võib TNF tekitada unelaadset tegevust kortikaalkolumni piires kui seda nii pisikese ala sisse süstiti.