PLD4, CD247, and TREM2 as Phagocytosis-Related Biomarkers in Traumatic Brain Injury Identified by Integrated Transcriptomics and Single-Cell Sequencing

जब मस्तिष्क पर कोई हिंसक प्रहार होता है, तो क्षति तब नहीं रुकती जब प्रभाव समाप्त हो जाता है। यह चोट एक अराजक आंतरिक प्रतिक्रिया को जन्म देती है जहाँ शरीर की अपनी रक्षा प्रणालियाँ, जो सफाई करने और मरम्मत करने के लिए बनी हैं, कभी-कभी नाजुक ऊतकों के विरुद्ध हो सकती हैं। सूजन की यह दूसरी लहर एक प्रमुख कारण है कि मरीज़ अक्सर लंबे समय तक संज्ञानात्मक संघर्षों का सामना करते हैं या वर्षों बाद न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों (तंत्रिका संबंधी रोगों) का शिकार हो जाते हैं। इस सफाई दल के केंद्र में विशेष कोशिकाएं हैं जो सफाईकर्मी की तरह कार्य करती हैं, जो क्षतिग्रस्त मलबे, मृत कोशिकाओं और हानिकारक अंशों को खोजकर उन्हें निगल लेती हैं। वैज्ञानिक इस प्रक्रिया को फैगोसाइटोसिस (phagocytosis) कहते हैं। लंबे समय तक, शोधकर्ताओं ने मस्तिष्क की अपनी निवासी प्रतिरक्षा कोशिकाओं, जिन्हें माइक्रोग्लिया (microglia) कहा जाता है, पर मुख्य पात्र के रूप में भारी ध्यान केंद्रित किया है। हालाँकि, प्रतिरक्षा प्रणाली कैसे संचार करती है और इस विशाल मरम्मत प्रयास का समन्वय करती है, इसकी पूरी कहानी अभी भी अधूरी है, जिससे डॉक्टरों के पास विनाशकारी सूजन को रोकने या उपचार प्रक्रिया को निर्देशित करने के लिए स्पष्ट लक्ष्य नहीं हैं।

गुइझोउ मेडिकल यूनिवर्सिटी, चीन के शोधकर्ताओं की एक टीम ने जीवित जानवरों में प्रत्यक्ष अवलोकन के साथ बड़ी मात्रा में आनुवंशिक डेटा को जोड़कर अब इस रहस्य की एक और परत खोली है। मस्तिष्क को अलग-थली देखने के बजाय, उन्होंने दोतरफा दृष्टिकोण अपनाया। पहले, उन्होंने दर्दनाक मस्तिष्क चोट वाले रोगियों के रक्त से आनुवंशिक जानकारी का विश्लेषण किया ताकि यह देखा जा सके कि कौन से जीन असामान्य व्यवहार कर रहे थे। फिर, उन्होंने सिंगल-सेल सीक्वेंसिंग नामक एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन तकनीक का उपयोग किया ताकि यह मानचित्रित किया जा सके कि मस्तिष्क में वास्तव में किस विशिष्ट प्रकार की कोशिकाएं उन जीनों को चालू या बंद कर रही हैं। इन दोनों धागों को एक साथ बुनकर, उन्होंने पाया कि मस्तिष्क की चोट के प्रति प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया पहले की तुलना में अधिक जटिल है, जिसमें प्रतिरक्षा कोशिकाओं का एक विशिष्ट समूह शामिल है जिसे इस संदर्भ में काफी हद तक अनदेखा किया गया था।

अध्ययन की शुरुआत हजारों रोगियों और स्वस्थ नियंत्रण समूहों के आनुवंशिक रिकॉर्ड की छानबीन करके हुई। शोधकर्ता जीनों के एक विशिष्ट सेट की तलाश कर रहे थे जो सफाई प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए जाने जाते हैं। उन्होंने पाया कि घायल रोगियों में तीन प्रमुख जीन अलग व्यवहार करते हैं। एक जीन, जिसे TREM2 के रूप में जाना जाता है, घायल रोगियों में काफी अधिक सक्रिय था। यह जीन वैज्ञानिकों के बीच मस्तिष्क के स्थानीय सफाई दल, माइक्रोग्लिया, के एक मार्कर के रूप में पहले से ही अच्छी तरह से जाना जाता है। हालाँकि, अन्य दो जीन, CD247 और PLD4, एक अलग कहानी बताते थे। ये दोनों ही घायल रोगियों में काफी कम सक्रिय थे। जबकि पहला जीन परिचित माइक्रोग्लिया की ओर इशारा करता था, अन्य दो के व्यवहार ने संकेत दिया कि इसमें एक अलग खिलाड़ी शामिल है।

यह पता लगाने के लिए कि ये जीन वास्तव में कहाँ काम कर रहे हैं, टीम ने सिंगल-सेल डेटा से निर्मित मस्तिष्क के विस्तृत मानचित्र का उपयोग किया। इसने उन्हें पूरे ऊतक के धुंधले औसत के बजाय व्यक्तिगत कोशिकाओं को देखने की अनुमति दी। परिणाम बहुत स्पष्ट थे। जीन TREM2 वास्तव में माइक्रोग्लिया में पाया गया, जो मस्तिष्क के स्थानीय रक्षकों के संकेत के रूप में इसकी भूमिका की पुष्टि करता है। लेकिन CD247 और PLD4 उन कोशिकाओं में नहीं पाए गए। इसके बजाय, वे नेचुरल किलर टी सेल (Natural Killer T cell), या NKT सेल नामक एक विशिष्ट प्रकार की प्रतिरक्षा कोशिका में केंद्रित थे। ये प्रतिरक्षा कोशिकाओं के एक अनूठे हाइब्रिड हैं जो तेजी से कार्य कर सकते हैं और प्रतिरक्षा प्रणाली के अन्य हिस्सों के साथ संचार कर सकते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि मस्तिष्क की चोट के बाद, ये NKT कोशिकाएं मस्तिष्क में मौजूद थीं, लेकिन जीन जो आमतौर पर उन्हें कार्य करने में मदद करते हैं, वे दबे हुए थे।

शोधकर्ताओं ने इन NKT कोशिकाओं के जीवन चक्र को ट्रैक करने के लिए कंप्यूटर मॉडल का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि CD247 कोशिका के पूरे जीवनकाल में, उसके प्रारंभिक विकास से लेकर उसकी परिपक्व अवस्था तक, सक्रिय रहता है और एक निरंतर संकेत के रूप में कार्य करता है। हालाँकि, PLD4 कोशिका के जीवन के शुरुआती और मध्य चरणों के दौरान सबसे अधिक सक्रिय होता है। यह जीन न्यूक्लिक एसिड (nucleic acids), जो कोशिकाओं के आनुवंशिक निर्माण खंड हैं, को तोड़ने में शामिल होने के लिए जाना जाता है। जब कोशिकाएं मरती हैं या क्षतिग्रस्त होती हैं, तो वे इन अंशों को छोड़ती हैं, जो यदि साफ न किए जाएं तो आगे की सूजन को ट्रिगर कर सकते हैं। अध्ययन बताता है कि PLD4 इन NKT कोशिकाओं को इस आनुवंशिक मलबे को पहचानने और साफ करने में मदद करता है। घायल मस्तिष्क में, PLD4 गतिविधि में गिरावट यह संकेत देती है कि यह सफाई तंत्र विफल हो रहा है, जिससे संभावित रूप से हानिकारक मलबा जमा हो सकता है और सूजन को जीवित रख सकता है।

यह पुष्टि करने के लिए कि ये आनुवंशिक पैटर्न वास्तविक थे और केवल कंप्यूटर डेटा का कोई विचित्र संयोग नहीं थे, टीम प्रयोगशाला की ओर बढ़ी। उन्होंने चूहों में मस्तिष्क की चोट का एक मॉडल बनाया जो मानव आघात की गंभीरता की नकल करता है। उन्होंने चूहों के मस्तिष्क में इन तीन जीनों के स्तर को मापा और ठीक वही पैटर्न पाया: TREM2 उच्च था, जबकि CD247 और PLD4 कम थे। उन्होंने सूक्ष्मदर्शी के नीचे मस्तिष्क के ऊतकों का भी परीक्षण किया। घायल मस्तिष्क में क्षति के स्पष्ट संकेत दिखे, जिसमें अव्यवस्थित कोशिकाएं और सूजन, और मरने वाली कोशिकाओं की उच्च संख्या देखी गई। चोट वाले चूहों ने गति और संवेदना के परीक्षणों में भी काफी खराब स्कोर किया, जिससे पुष्टि हुई कि चोट गंभीर थी। चूहों में आनुवंशिक परिवर्तन भौतिक क्षति से मेल खाते थे, जिसने शोधकर्ताओं को विश्वास दिलाया कि ये जीन सीधे चोट की प्रक्रिया से जुड़े हैं।

अध्ययन ने यह भी देखा कि ये कोशिकाएं आपस में कैसे बात करती हैं। विश्लेषण ने दिखाया कि NKT कोशिकाएं अन्य कोशिकाओं को, विशेष रूप से एक विशिष्ट रासायनिक मार्ग के माध्यम से, मजबूत संकेत भेज रही थीं। यह संचार नेटवर्क चोट से प्रभावित हुआ प्रतीत होता है, जिससे पता चलता है कि प्रतिरक्षा प्रणाली प्रतिक्रिया का समन्वय करने की कोशिश कर रही है, लेकिन शायद इस तरह से जो अब सहायक नहीं है। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि घायल मस्तिष्क में NKT कोशिकाएं अपने चयापचय (metabolism) को भी बदल रही थीं, यानी वे ऊर्जा उत्पादन के तरीके को बदल रही थीं। वे अधिक वसा जला रही थीं और एक विशिष्ट ऊर्जा पथ का उपयोग कर रही थीं जो अक्सर उच्च गतिविधि से जुड़ा होता है, जो आगे यह संकेत देता है कि ये कोशिकाएं तीव्र, शायद अनियमित, क्रिया की स्थिति में हैं।

यह कार्य यह दावा नहीं करता है कि इसने मस्तिष्क की चोट का इलाज खोज लिया है, न ही यह कहता है कि इन जीनों को ठीक करने से रोगी तुरंत ठीक हो जाएगा। इसके बजाय, यह मस्तिष्क के भीतर क्या हो रहा है, इसका एक बहुत स्पष्ट चित्र प्रदान करता है। यह तीन विशिष्ट आनुवंशिक मार्करों की पहचान करता है जो चोट की स्थिति पर एक 'रिपोर्ट कार्ड' के रूप में कार्य कर सकते हैं। TREM2 मस्तिष्क के स्थानीय रक्षकों की गतिविधि का संकेत देता है, जबकि CD247 और PLD4 प्रतिरक्षा कोशिकाओं के एक विशिष्ट समूह की स्थिति को प्रकट करते हैं जो मलबे को साफ करने के लिए संघर्ष कर रहे हो सकते हैं। PLD4 की भूमिका की खोज विशेष रूप से नई है; यह पहली बार है जब इस जीन को दर्दनाक मस्तिष्क की चोट से जोड़ा गया है।

यह दिखाकर कि NKT कोशिकाएं घायल मस्तिष्क में प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया का एक प्रमुख हिस्सा हैं, यह अध्ययन यह समझने के लिए एक नया द्वार खोलता है कि शरीर आघात के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करता है। यह सुझाव देता है कि समस्या केवल यह नहीं है कि मस्तिष्क में सूजन है, बल्कि यह भी है कि सफाई करने के विशिष्ट तंत्र टूट गए हैं। यदि वैज्ञानिक यह समझ सकें कि PLD4 के कार्य को कैसे बहाल किया जाए या NKT कोशिकाओं को कैसे समर्थन दिया जाए, तो वे मस्तिष्क को अपने मलबे को अधिक प्रभावी ढंग से साफ करने में मदद कर सकते हैं, जिससे संभावित रूप से प्रारंभिक प्रहार के बाद होने वाले दीर्घकालिक नुकसान को कम किया जा सकता है। फिलहाल, ये तीन जीन मजबूत मार्कर के रूप में खड़े हैं जो डॉक्टरों और शोधकर्ताओं को मस्तिष्क के भीतर चल रहे अदृश्य युद्ध को देखने में मदद करते हैं, जो चोट से रिकवरी तक की जटिल यात्रा का वर्णन करने के लिए एक नई भाषा प्रदान करते हैं।