Bidirectional communication between the neuroendocrine system and the immune system: relevance to health and diseases

Abstract

In the past century, physiological, molecular, and cellular-based studies have proved that the functions of the nervous system, endocrine system, and immune system are dependent upon each other and that this interaction among these systems determines the maintenance of health or susceptibility to infections. The release of neurotransmitters and neuropeptides from the brain is a response to external environmental stimuli that influences the release of hormones from the pituitary in order to regulate the functions such as metabolism and growth, reproduction, etc. In addition, there are direct sympathetic noradrenergic and peptidergic innervations of primary (bone marrow and thymus) and secondary (spleen, lymph nodes, and lymphoid tissues) lymphoid organs. The neurotransmitters and neuropeptides released in these lymphoid organs then bind to specific receptors on the cells of the immune system to modulate their functions. Another circuit in this bidirectional communication involves the products of the immune system, for e.g., cytokines that can cross the blood-brain barrier to alter the activities of the neuronal function in the central nervous system especially during fever and inflammation in infectious diseases and cancer. Dysregulation of the interactions between the neuroendocrine and immune system due to alterations in the neural activity, secretion of hormones and cytokines, and synthesis of growth factors has been demonstrated to promote the pathogenesis and progression of infectious and autoimmune diseases, cancer, and neurodegenerative diseases. It is imperative that further research is carried out to understand the mechanisms of neuroendocrine-immune interactions to facilitate development of better treatment strategies for neurodegenerative diseases.

Neuropeptides, Cytokines and Thymus Peptides as Effectors of Interactions Between Thymus and Neuroendocrine System

“…Нервные волокна в тимусе В тимусе, костном мозге, селезенке, лимфатических узлах и других лимфоидных тканях показана выраженная иннервация, существенно влияющая на клетки иммун-ной системы [1]. Тимус пронизан постганглионарными симпатическими норадренергическими (NA) нервны-ми волокнами [10][11][12], которые локализуются близко к крупным кровеносным сосудам, входя в кортикальную область, соприкасающуюся с тимоцитами [13][14][15].…”

“…Тимус пронизан постганглионарными симпатическими норадренергическими (NA) нервны-ми волокнами [10][11][12], которые локализуются близко к крупным кровеносным сосудам, входя в кортикальную область, соприкасающуюся с тимоцитами [13][14][15]. По-мимо этого, лимфоидные органы, включая тимус, снаб-жены пептидергическими нервными волокнами, которые продуцируют ряд специфических биологически актив-ных пептидов -нейропептид Y, субстанцию Р, вазоак-тивный интестинальный пептид, опиоидные пептиды, кортикотропин-рилизинг гормон (Corticotropin-Releasing Hormone, CRH), пептид, генетически родственный кальцитонину, называемый также кальцитонин ген-родственный, или ген-кальцитониновый пептид, или ко-кальцигенин (Calcitonin Gene Related Peptide, CGRP) [1,16]. Эти нейрохимические вещества, высвобождаемые из нервных волокон, диффундируют в отдаленные области вилочковой железы и связываются с соответствующими рецепторами на лимфоидных клетках, модулируя иммун-ный ответ [1].…”

“…По-мимо этого, лимфоидные органы, включая тимус, снаб-жены пептидергическими нервными волокнами, которые продуцируют ряд специфических биологически актив-ных пептидов -нейропептид Y, субстанцию Р, вазоак-тивный интестинальный пептид, опиоидные пептиды, кортикотропин-рилизинг гормон (Corticotropin-Releasing Hormone, CRH), пептид, генетически родственный кальцитонину, называемый также кальцитонин ген-родственный, или ген-кальцитониновый пептид, или ко-кальцигенин (Calcitonin Gene Related Peptide, CGRP) [1,16]. Эти нейрохимические вещества, высвобождаемые из нервных волокон, диффундируют в отдаленные области вилочковой железы и связываются с соответствующими рецепторами на лимфоидных клетках, модулируя иммун-ный ответ [1]. Плотная иннервация пептидергическими нервными волокнами, продуцирующими, в частности, нейропептид Y, обнаружена в тимусе в зоне кортико-медуллярного соединения, связанной с макрофагами и тучными клетками [14].…”

“…Плотная иннервация пептидергическими нервными волокнами, продуцирующими, в частности, нейропептид Y, обнаружена в тимусе в зоне кортико-медуллярного соединения, связанной с макрофагами и тучными клетками [14]. В тимусе имеется также холинер-гическая иннервация, однако она минимальна по срав-нению с большим количеством NA-нервных волокон [1], влияние которых достаточно изучено, равно как и эффект их нейротрансмиттера -норэпинефрина (норадренали-на) -на клетки иммунной системы [1]. Первоначально считали, что иннервация лимфоидных органов влияет только на сосудистые функции, в первую очередь на регу-ляцию кровотока.…”

“…Такое взаимодействие, называемое «двунаправленной коммуникацией» [1], является неотъ-емлемой частью нормального гомеостатического балан-са, лежащего в основе поддержания здоровья организма [1][2][3]. Новая область биомедицинских исследований -нейроиммунология -не только способствует детальному пониманию взаимосвязи процессов в нервной и иммун-ной системе в норме и при патологии [6,7], но и на-правлена на разработку более эффективной комплексной терапевтической стратегии [2][3][4].…”