Piezo1-ADAM axis promotes inflammatory alveolar-capillary crosstalk resulting in transendothelial leukocyte migration

फेफड़े इंजीनियरिंग का एक चमत्कार हैं, जो हर सांस के साथ लगातार फैलते और सिकुड़ते रहते हैं। यह लयबद्ध गति जीवन के लिए आवश्यक है, लेकिन यह हमारे सीने के भीतर के नाजुक ऊतकों को निरंतर शारीरिक दबाव के अधीन भी करती है। सामान्य परिस्थितियों में, वायु थैलियों (air sacs) और रक्त वाहिकाओं की परत बनाने वाली कोशिकाएं ऑक्सीजन को रक्त में छानने और हानिकारक पदार्थों को बाहर रखने के लिए मिलकर एक स्थिर वातावरण बनाए रखने के लिए सहजता से काम करती हैं। हालांकि, जब यह यांत्रिक तनाव बहुत तीव्र या लंबे समय तक बना रहता है, जैसे कि गंभीर बीमारी या आक्रामक मेडिकल वेंटिलेशन के दौरान, तो यह प्रणाली टूट सकती है। हवा और रक्त के बीच की बाधा लीक होने लगती है, जिससे प्रतिरक्षा कोशिकाएं (immune cells) फेफड़ों के ऊतकों में भर जाती हैं और हानिकारक सूजन (inflammation) पैदा करती हैं। वर्षों से, वैज्ञानिक जानते थे कि यांत्रिक बल इन सूजन संबंधी प्रतिक्रियाओं को सक्रिय करते हैं, लेकिन एक भौतिक दबाव को रासायनिक अलार्म में बदलने वाली विशिष्ट आणविक श्रृंखला क्या है, यह एक रहस्य बना हुआ था।

जर्मनी के RWTH Aachen यूनिवर्सिटी अस्पताल के शोधकर्ताओं के एक नए अध्ययन ने अंततः इस छिपे हुए मार्ग का मानचित्र बनाना शुरू कर दिया है। उन्होंने खोजा कि फेफड़ों की कोशिकाओं की सतह पर एक विशिष्ट सेंसर इस सूजन संबंधी प्रक्रिया के लिए 'स्टार्टिंग गन' (शुरुआत करने वाले संकेत) के रूप में कार्य करता है। जब ये कोशिकाएं खिंचती या दबती हैं, तो 'पिएज़ो1' (Piezo1) नामक एक चैनल प्रोटीन खुल जाता है, जिससे कैल्शियम तेजी से अंदर आता है। कैल्शियम का यह प्रवाह केवल कोशिका के भीतर ही नहीं रहता; यह एक ऐसी श्रृंखला को सक्रिय करता है जो पड़ोसी रक्त वाहिका कोशिकाओं तक पहुँचती है, उन्हें अपने द्वार खोलने और प्रतिरक्षा कोशिकाओं को अंदर आने देने का निर्देश देती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि यह संचार 'एडेम' (ADAM) एंजाइमों के एक जोड़े पर निर्भर करता है, जिन्हें 'आणविक कैंची' के रूप में जाना जाता है, जो फेफड़ों की कोशिकाओं की सतह से सिग्नलिंग अणुओं को काटते और मुक्त करते हैं। ये मुक्त अणु फिर रक्त वाहिका कोशिकाओं तक पहुँचते हैं, उन्हें सक्रिय करते हैं और सफेद रक्त कोशिकाओं को गुजरने के लिए तैयार करते हैं। इस विशिष्ट काटने वाली प्रक्रिया के बिना, संकेत रुक जाता है और सूजन नहीं फैलती है।

इस प्रक्रिया को उजागर करने के लिए, टीम ने एक चतुर, चरण-दर-चरण दृष्टिकोण का उपयोग किया जिसने फेफड़ों की परत और रक्त वाहिकाओं के बीच के संवाद के प्रत्येक भाग को अलग करने की अनुमति दी। पूरे जटिल तंत्र को एक साथ देखने के बजाय, उन्होंने पहले अकेले फेफड़ों की कोशिकाओं पर ध्यान केंद्रित किया। उन्होंने इन कोशिकाओं को 'योडा1' (Yoda1) नामक एक पदार्थ के साथ उपचारित किया, जो वास्तव में कोशिकाओं को भौतिक रूप से खींचे बिना पिएज़ो1 सेंसर को चालू करने के लिए एक 'रिमोट कंट्रोल' की तरह काम करता है। एक बार सेंसर सक्रिय हो जाने के बाद, उन्होंने कोशिकाओं के आसपास के तरल पदार्थ को एकत्र किया, जिसमें वे सभी रासायनिक संदेश शामिल थे जो कोशिकाओं ने जारी किए थे। फिर उन्होंने इस तरल पदार्थ को मानव रक्त वाहिका कोशिकाओं पर लगाया, जिन्हें एक अलग डिश में उगाया गया था। इन रक्त वाहिका कोशिकाओं की प्रतिक्रिया को देखकर, शोधकर्ता ठीक से देख सके कि फेफड़ों की कोशिकाएं क्या कह रही थीं और रक्त वाहिकाओं ने कैसे प्रतिक्रिया दी।

परिणामों ने दिखाया कि जब पिएज़ो1 सेंसर चालू किया गया, तो फेफड़ों की कोशिकाओं ने सूजन संबंधी संकेतों की एक विस्तृत श्रृंखला जारी की। हालांकि, जब शोधकर्ताओं ने एडेम एंजाइमों की गतिविधि को रोका, तो फेफड़ों की कोशिकाओं ने कई महत्वपूर्ण संकेतों को जारी करना बंद कर दिया। इससे यह सिद्ध हुआ कि एडेम एंजाइम फेफड़ों की कोशिकाओं के लिए अपना संदेश भेजने हेतु आवश्यक हैं। उपचारित फेफड़ों की कोशिकाओं से निकले तरल पदार्थ ने रक्त वाहिका कोशिकाओं को सूजन से जुड़े विशिष्ट जीन सक्रिय करने और प्रोटीन बनाने के लिए प्रेरित किया, जो प्रतिरक्षा कोशिकाओं के लिए 'चिपकने वाले हुक' की तरह कार्य करते हैं। जब शोधकर्ताओं ने तरल पदार्थ एकत्र करने से पहले फेफड़ों की कोशिकाओं में एडेम एंजाइमों को अवरुद्ध किया, तो रक्त वाहिका कोशिकाएं शांत रहीं और उन्होंने इन जीनों को सक्रिय नहीं किया। इसने पुष्टि की कि एडेम एंजाइम ही वह सेतु (bridge) हैं जो फेफड़ों की कोशिकाओं पर पड़ने वाले यांत्रिक तनाव को रक्त वाहिकाओं के रासायनिक सक्रियण से जोड़ते हैं।

अध्ययन ने आगे यह देखने के लिए भी परीक्षण किया कि क्या यह रासायनिक संवाद वास्तव में प्रतिरक्षा प्रणाली के व्यवहार को बदल देता है। शोधकर्ताओं ने एक ऐसी प्रणाली स्थापित की जहाँ उन्होंने मानव श्वेत रक्त कोशिकाओं को रक्त वाहिका कोशिकाओं की एक परत के ऊपर रखा। फिर उन्होंने चैंबर के निचले हिस्से में पिएज़ो1-सक्रिय फेफड़ों की कोशिकाओं से प्राप्त तरल पदार्थ डाला। इस सेटअप में, श्वेत रक्त कोशिकाएं रक्त वाहिका की परत के माध्यम से आगे बढ़ीं, जो फेफड़ों की चोट के दौरान होने वाली स्थिति की नकल करती हैं। जब शोधकर्ताओं ने फेफड़ों की कोशिकाओं में एडेम एंजाइमों को रोका, तो श्वेत रक्त कोशिकाएं बाधा के माध्यम से आगे बढ़ना बंद कर दीं। इसने प्रदर्शित किया कि पूरी प्रक्रिया—प्रारंभिक यांत्रिक तनाव से लेकर प्रतिरक्षा कोशिकाओं के अंतिम आक्रमण तक—फेफड़ों की कोशिकाओं द्वारा अपने संकेतों को काटने और छोड़ने के लिए एडेम एंजाइमों के उपयोग पर निर्भर करती है।

दिलचस्प बात यह है कि शोधकर्ताओं ने पाया कि रक्त वाहिका कोशिकाएं केवल निष्क्रिय रूप से इन संकेतों को प्राप्त नहीं करती थीं; वे अपने स्वयं के सूजन संबंधी रसायनों का उत्पादन भी शुरू कर देती थीं, जिससे एक फीडबैक लूप बन जाता था जो क्षति को बढ़ा सकता था। अध्ययन ने उन कई प्रमुख मार्गों की पहचान की जो रक्त वाहिका कोशिकाओं के भीतर इस प्रतिक्रिया के लिए जिम्मेदार थे, जिसमें STAT3 और NFκB जैसे प्रोटीन शामिल विशिष्ट सिग्नलिंग मार्ग शामिल थे। हालांकि इनमें से एक मार्ग को रोकने से कोशिकाओं की गति कम हुई, लेकिन यह पूरी तरह से नहीं रुकी, जो यह दर्शाता है कि यह प्रणाली मजबूत है और यह सुनिश्चित करने के लिए कई ओवरलैपिंग संकेतों का उपयोग करती है कि प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया अवश्य हो। इस प्रक्रिया को पूरी तरह से रोकने का एकमात्र तरीका फेफड़ों की कोशिकाओं को उनके संकेतों को जारी करने से रोकना था, जिसके लिए एडेम एंजाइमों को अवरुद्ध करना आवश्यक था।

यह खोज एक स्पष्ट आणविक स्पष्टीकरण प्रदान करती है कि कैसे फेफड़ों में शारीरिक तनाव गंभीर सूजन का कारण बन सकता है। यह दिखाता है कि फेफड़ों की कोशिकाएं केवल तनाव को सहती नहीं हैं; वे सक्रिय रूप से इसे एक रासायनिक भाषा में अनुवादित करती हैं जो प्रतिरक्षा प्रणाली को बुलाती है। शोधकर्ताओं का सुझाव है कि एडेम एंजाइमों या पिएज़ो1 सेंसर को लक्षित करना यांत्रिक तनाव के कारण होने वाली फेफड़ों की चोटों, जैसे कि वेंटिलेटर पर रहने वाले रोगियों या तीव्र श्वसन संकट (acute respiratory distress) से जूझ रहे रोगियों में, उपचार का एक नया तरीका प्रदान कर सकता है। स्रोत पर ही प्रारंभिक संकेत को रोककर, यह संभव हो सकता है कि प्रतिरक्षा प्रणाली को नाजुक फेफड़ों के ऊतकों को और अधिक नुकसान पहुँचाने से रोका जा सके। यह कार्य इस बात पर प्रकाश डालता है कि कैसे एक सरल भौतिक बल को एक जटिल जैविक प्रतिक्रिया में बदला जा सकता है, जो फेफड़ों की सुरक्षा के लिए एक नए लक्ष्य को प्रकट करता है जब वे सबसे अधिक दबाव में होते हैं।