Astrocytic coactivation of Wnt beta catenin and pyroptosis pathways in neuropathic pain with human genetic evidence and drug prioritization

क्रोनिक नर्व पेन (तंत्रिका संबंधी पुराना दर्द) एक निरंतर रहने वाली स्थिति है जो लाखों लोगों को प्रभावित करती है, और अक्सर उन्हें मानक दवाओं के उपयोग के बाद भी राहत नहीं मिल पाती है। एक टूटी हुई हड्डी के ठीक होने के विपरीत, इस प्रकार का दर्द इसलिए बना रहता है क्योंकि तंत्रिका तंत्र उच्च सतर्कता की स्थिति में फंस जाता है। स्पाइनल कॉर्ड (मेरुदंड) के भीतर, जहाँ तंत्रिका संकेत संसाधित होते हैं, ग्लिया (glia) नामक सूक्ष्म सहायक कोशिकाएं एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। वर्षों से, वैज्ञानिक जानते थे कि जब ये कोशिकाएं अत्यधिक सक्रिय हो जाती हैं, तो वे सूजन संबंधी संकेत जारी करती हैं जो दर्द के संकेतों को सक्रिय रखती हैं। दो विशिष्ट जैविक प्रक्रियाएं हाल ही में ध्यान में आई हैं: एक सिग्नलिंग सिस्टम जो कोशिकाओं को संवाद करने और बदलने में मदद करता है, और दूसरा प्रोग्राम्ड सेल डेथ (कोशिका मृत्यु) का एक रूप जो एक शक्तिशाली सूजन संबंधी प्रतिक्रिया को ट्रिगर करता है। जब ये दोनों प्रक्रियाएं एक साथ होती हैं, तो वे एक दुष्चक्र बना सकती हैं जो शरीर को क्रोनिक पेन में जकड़ लेती है।

एक नए कम्प्यूटेशनल अध्ययन ने यह गहराई से देखा कि ये दो प्रक्रियाएं कैसे परस्पर क्रिया करती हैं, विशेष रूप से एस्ट्रोसाइट्स (astrocytes) नामक एक प्रकार की ग्लियल कोशिका के भीतर। जबकि पिछले शोध में दिखाया गया था कि यह अंतःक्रिया एक अन्य प्रकार की सहायक कोशिका में होती है, इस अध्ययन ने उन्नत कंप्यूटर विश्लेषण का उपयोग यह देखने के लिए किया कि क्या यही चीज़ एस्ट्रोसाइट्स में भी होती है, जो स्पाइनल कॉर्ड में बहुत अधिक संख्या में होते हैं। जानवरों और मनुष्यों के विशाल आनुवंशिक डेटा को छानकर, शोधकर्ताओं ने मानचित्रित किया कि जब दर्द पुराना (क्रोनिक) हो जाता है तो ये कोशिकाएं कैसे व्यवहार करती हैं। उन्होंने पाया कि कम्प्यूटेशनल साक्ष्य बताते हैं कि एस्ट्रोसाइट्स संचार संकेतों और सूजन संबंधी कोशिका मृत्यु मार्गों, दोनों को एक साथ सक्रिय कर सकते हैं। यह खोज बताती है कि समस्या का मूल पहले की तुलना में अधिक व्यापक हो सकता है, जिसमें कई प्रकार की सहायक कोशिकाएं मिलकर दर्द को बनाए रखने में काम करती हैं, हालांकि ये निष्कर्ष परिकल्पना-जनित (hypothesis-generating) हैं और इनके लिए स्वतंत्र प्रयोगात्मक सत्यापन की आवश्यकता है।

शोधकर्ताओं ने शुरुआत में चूहों के आनुवंशिक डेटा का परीक्षण किया था जिन्होंने तंत्रिका चोट (nerve injury) झेली थी, जो क्रोनिक पेन के अध्ययन के लिए एक मानक मॉडल है। उन्होंने हजारों जीनों की जांच की कि कौन से चालू या बंद हुए। उन्होंने दो विशिष्ट जीन समूहों पर ध्यान केंद्रित किया: वे जो Wnt सिग्नलिंग पाथवे में शामिल हैं, जो कोशिका व्यवहार के लिए निर्देशों के एक सेट की तरह कार्य करता है, और वे जो पाइरोप्टोसिस (pyroptosis) में शामिल हैं, जो एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें एक कोशिका फट जाती है और सूजन संबंधी रसायनों को छोड़ देती है। विश्लेषण से पता चला कि हालांकि इन समूहों में से हर जीन नहीं बदला, लेकिन मुख्य घटक बदल गए थे। विशेष रूप से, वे जीन जो Wnt सिग्नल को संचालित करते हैं और वे जीन जो सूजन संबंधी विस्फोट को ट्रिगर करते हैं, दोनों सक्रिय थे। इससे संकेत मिला कि ये दो मार्ग न केवल मौजूद थे बल्कि एक समन्वित तरीके से मिलकर काम कर रहे थे।

यह समझने के लिए कि कौन सी कोशिकाएं जिम्मेदार थीं, टीम ने चूहों के सिंगल-सेल डेटा का उपयोग किया। इस तकनीक ने उन्हें ऊतकों के मिश्रण के बजाय व्यक्तिगत कोशिकाओं को देखने की अनुमति दी। परिणामों ने संकेत दिया कि एस्ट्रोसाइट्स में संबंधित विशिष्ट जीनों की समृद्ध अभिव्यक्ति (enriched expression) देखी गई। तंत्रिका चोट के बाद, इन एस्ट्रोसाइट्स में Wnt पाथवे और उन जीनों की गतिविधि में महत्वपूर्ण वृद्धि देखी गई जो पाइरोप्टोसिस की ओर ले जाते हैं। अध्ययन ने यह भी नोट किया कि माइक्रोग्लिया (microglia) में इन जीनों की बेसलाइन अभिव्यक्ति कम थी और SNI-प्रेरित परिवर्तन छोटे थे, जिससे पता चलता है कि जबकि माइक्रोग्लियल सक्रियण में पोस्ट-ट्रांसक्रिप्शनल तंत्र शामिल हो सकते हैं, ट्रांसक्रिप्शनल अपरेगुलेशन (upregulation) एस्ट्रोसाइट्स में प्रमुख था। अध्ययन ने यह समझने के लिए कंप्यूटर मॉडल का भी उपयोग किया कि ये कोशिकाएं अपने पड़ोसियों से कैसे बात करती हैं। इसने पाया कि एस्ट्रोसाइट्स पास की तंत्रिका कोशिकाओं और प्रतिरक्षा कोशिकाओं को संकेत भेज रहे थे, जो संभावित रूप से उन्हें उच्च सतर्कता की स्थिति में रहने के लिए कह रहे थे। यह संचार नेटवर्क बताता है कि एस्ट्रोसाइट्स केवल चोट के निष्क्रिय पीड़ित नहीं हैं, बल्कि दर्द को जीवित रखने में सक्रिय भागीदार हैं।

शोधकर्ताओं ने फिर यह सवाल पूछा कि क्या यह पैटर्न मनुष्यों में भी लागू होता है। उन्होंने दसियों हजार लोगों के एक विशाल जनसंख्या अध्ययन से प्राप्त आनुवंशिक डेटा का विश्लेषण किया। प्राकृतिक डीएनए विविधताओं को देखकर, वे देख सके कि क्या इन विशिष्ट मार्गों में उच्च आनुवंशिक गतिविधि वाले लोगों में क्रोनिक पेन होने की संभावना अधिक है। डेटा ने पशु निष्कर्षों का समर्थन किया: जिन लोगों में इन सूजन संबंधी और सिग्नलिंग जीनों की गतिविधि बढ़ाने वाले आनुवंशिक लक्षण थे, उनमें क्रोनिक पेन का जोखिम अधिक था। हालांकि, प्रभाव का आकार (effect size) मामूली था, जिससे पता चलता है कि हालांकि ये मार्ग महत्वपूर्ण हैं, फिर भी वे एक एकल कारण के बजाय कारकों के एक जटिल जाल का हिस्सा हैं। अध्ययन ने यह भी नोट किया कि इसी तरह के शोध में उपयोग की जाने वाली कुछ सांख्यिकीय विधियां इन प्रभावों को बढ़ा-चढ़ाकर दिखा सकती हैं, इसलिए टीम ने सटीकता सुनिश्चित करने के लिए अधिक रूढ़िवादी अनुमानों पर भरोसा करना चुना।

जैविक तंत्र की पहचान होने के बाद, अध्ययन एक व्यावहारिक प्रश्न की ओर बढ़ा: क्या मौजूदा दवाओं का उपयोग इस प्रक्रिया को रोकने के लिए किया जा सकता है? शोधकर्ताओं ने पहले से स्वीकृत या अच्छी तरह से अध्ययन किए गए दवाओं की एक सूची बनाई और जांचा कि क्या वे उनके द्वारा पहचाने गए विशिष्ट लक्ष्यों को ब्लॉक कर सकती हैं। उन्होंने कई आशाजनक उम्मीदवार पाए। एक दवा, जो पहले से ही सूजन संबंधी विस्फोट को रोकने के लिए जानी जाती है, ने अपने लक्ष्य से जुड़ने की बहुत मजबूत क्षमता दिखाई। एक अन्य दवा, जो किसी अन्य स्थिति के लिए स्वीकृत है, को कोशिका झिल्ली में पाइरोप्टोसिस के दौरान बनने वाले छिद्र (pore) को रोकने के लिए पाया गया। एक तीसरी दवा Wnt सिग्नलिंग पाथवे में हस्तक्षेप कर सकती है। अध्ययन ने इन दवाओं का लैब में परीक्षण नहीं किया, बल्कि भविष्य के परीक्षणों के लिए उन्हें प्राथमिकता देने के लिए कंप्यूटर मॉडल और मौजूदा रासायनिक डेटा का उपयोग किया। दवा पुनरुद्देश्य (drug repurposing) नामक यह दृष्टिकोण उपचार का एक तेज़ मार्ग प्रदान करता है क्योंकि इन दवाओं के सुरक्षा प्रोफाइल पहले से ज्ञात हैं।

अध्ययन ने यह रिपोर्ट करने में भी सावधानी बरती कि उसने क्या नहीं पाया, जो कि जो उसने पाया उससे उतना ही महत्वपूर्ण है। उदाहरण के लिए, जबकि कुछ जीन सक्रिय थे, उसी पाथवे के कई अन्य जीन अपरिवर्तित रहे, जो दर्शाता है कि शरीर एक साथ पूरी प्रणाली को चालू नहीं करता है बल्कि विशिष्ट हिस्सों का चयन करता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि जब उन्होंने जीनों को उनके एक साथ चलने के आधार पर बड़े नेटवर्क में समूहबद्ध करने का प्रयास किया, तो पैटर्न इतने स्थिर नहीं थे कि उन्हें एक एकल, एकीकृत ब्लॉक माना जा सके। स्थिरता की इस कमी और पशु नमूनों की कम संख्या का अर्थ है कि हालांकि रुझान स्पष्ट हैं, फिर भी इन जीनों के बीच की सटीक अंतःक्रियाओं का मानचित्रण अभी भी किया जा रहा है। अध्ययन ने यह भी नोट किया कि प्रोटीन से दवाओं के जुड़ने के उन्नत कंप्यूटर सिमुलेशन कंप्यूटिंग सीमाओं के कारण पूरे नहीं हो सके, इसलिए वे ज्ञात रासायनिक डेटा पर निर्भर रहे।

अंततः, यह कार्य क्रोनिक पेन की हमारी समझ को एक एकल कोशिका प्रकार से स्पाइनल कॉर्ड में सबसे प्रचुर मात्रा में मौजूद सहायक कोशिकाओं वाले एक व्यापक नेटवर्क तक विस्तारित करता है। यह सुझाव देता है कि Wnt सिग्नलिंग पाथवे और सूजन संबंधी कोशिका मृत्यु की प्रक्रिया एस्ट्रोसाइट्स में सह-सक्रिय (co-activated) होती है, जो दर्द को बनाए रखने के लिए एक फीडबैक लूप बनाती है। विशिष्ट जीनों की पहचान करके और मौजूदा दवाओं को प्राथमिकता देकर जो इस लूप को बाधित कर सकती हैं, यह अध्ययन भविष्य के प्रयोगों के लिए एक स्पष्ट रोडमैप प्रदान करता है। अगला कदम इन दवा उम्मीदवारों को जीवित जानवरों में परीक्षण करना होगा ताकि यह देखा जा सके कि क्या वे वास्तव में दर्द को रोक सकते हैं। यदि सफल रहे, तो यह केवल लक्षणों को छिपाने के बजाय समस्या के मूल कारण को लक्षित करने वाले नए उपचारों की ओर ले जा सकता है, जिससे उन लोगों को उम्मीद मिल सकती है जो वर्षों से राहत के बिना पीड़ित हैं।