S100A9 aggravates hepatic ischemia–reperfusion injury associated with hepatocyte CCL2 expression and macrophage recruitment

जब एक सर्जन ट्यूमर को हटाने या ट्रांसप्लांट की तैयारी के लिए लीवर के एक हिस्से में रक्त के प्रवाह को अस्थायी रूप से रोकता है, तो अंग एक विरोधाभासी खतरे का सामना करता है। जिस क्षण रक्त वापस तेजी से अंदर आता है, यह एक हिंसक, आत्म-निर्मित सूजन संबंधी तूफान (इन्फ्लेमेटरी स्टॉर्म) को जन्म दे सकता है। यह घटना, जिसे इस्कीमिया-रीपरफ्यूजन इंजरी (ischemia-reperfusion injury) के रूप में जाना जाता है, इसलिए होती है क्योंकि ऑक्सीजन और पोषक तत्वों की अचानक वापसी प्रतिरक्षा प्रणाली को इस तरह से जगा देती है जो उसी ऊतक को नुकसान पहुँचाती है जिसे बचाने के लिए वह बनी है। लीवर कोशिकाएं, जो रक्त की कमी से पहले ही तनाव में होती हैं, ऐसे संकेत जारी करती हैं जो श्वेत रक्त कोशिकाओं (वाइट ब्लड सेल्स) को बुलाते हैं। ये पहुँचने वाली प्रतिरक्षा कोशिकाएं, जिनका उद्देश्य क्षति की सफाई करना होता है, अक्सर अधिक नुकसान पहुँचाती हैं, जिससे सूजन, कोशिका मृत्यु और कभी-कभी अंग विफलता हो जाती है। यह समझना कि यह श्रृंखला अभिक्रिया (चेन रिएक्शन) वास्तव में कैसे शुरू होती है और कैसे फैलती है, लीवर सर्जरी और प्रत्यारोपण के परिणामों में सुधार के लिए महत्वपूर्ण है, फिर भी विशिष्ट आणविक ट्रिगर्स (molecular triggers) जो एक आवश्यक चिकित्सा प्रक्रिया को एक खतरनाक सूजन संबंधी घटना में बदल देते हैं, कुछ हद तक छिपे रहे हैं।

चीन में सेंट्रल साउथ यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने अब इस अराजकता के माध्यम से एक विशिष्ट पथ का पता लगाया है, जिसमें एक प्रमुख प्रोटीन की पहचान की गई है जो घायल लीवर कोशिकाओं और प्रतिरक्षा प्रणाली के बीच एक खतरनाक संदेशवाहक के रूप में कार्य करता है। आनुवंशिक और प्रोटीन डेटा के उन्नत कंप्यूटर विश्लेषण को चूहों और मानव कोशिकाओं पर प्रयोगों के साथ जोड़कर, टीम ने पाया कि S100A9 नामक प्रोटीन रक्त प्रवाह बहाल होने के बाद लीवर की क्षति को बढ़ाने में केंद्रीय भूमिका निभाता है। उन्होंने पाया कि यह प्रोटीन केवल ऊतक में निष्क्रिय रूप से नहीं बैठा रहता है; यह सक्रिय रूप से तनावग्रस्त लीवर कोशिकाओं को एक रासायनिक संकेत (बीकन) छोड़ने का निर्देश देता है जो अधिक प्रतिरक्षा कोशिकाओं को आकर्षित करता है, जिससे चोट का एक चक्र बन जाता है जिसे लक्षित उपचार से संभावित रूप से रोका जा सकता है।

जांच की शुरुआत सुरागों की एक व्यापक खोज के साथ हुई। वैज्ञानिकों ने उन चूहों से लीवर का ऊतक लिया जिन्होंने मानव लीवर सर्जरी की नकल करने वाली एक प्रक्रिया से गुजरने के बाद रक्त प्रवाह बाधित किया था, जहाँ एक घंटे के लिए लीवर की रक्त आपूर्ति का 70 प्रतिशत हिस्सा रोका गया था और फिर बहाल किया गया था। उन्होंने इस ऊतक की तुलना उन चूहों के लीवर ऊतक से की जिन्होंने रक्त अवरोध के बिना वही सर्जरी की थी। शक्तिशाली अनुक्रमण उपकरणों (sequencing tools) का उपयोग करते हुए, उन्होंने आनुवंशिक निर्देशों को पढ़ा और दोनों समूहों में प्रोटीन के स्तर को मापा। इस विशाल डेटा तुलना ने S100A9 को एक प्रमुख संदिग्ध के रूप में उजागर किया। घायल लीवरों में, इस प्रोटीन का स्तर स्वस्थ लीवरों की तुलना में काफी अधिक था, जो आनुवंशिक कोड और वास्तविक प्रोटीन संरचनाओं दोनों में लगातार दिखाई दिया। शोधकर्ताओं ने मानक प्रयोगशाला तकनीकों का उपयोग करके इस निष्कर्ष की पुष्टि की, जिससे पता चला कि प्रोटीन वास्तव में क्षतिग्रस्त ऊतक में प्रचुर मात्रा में था और न्यूट्रोफिल (neutrophils) के साथ निकटता से जुड़ा हुआ था, जो एक प्रकार की श्वेत रक्त कोशिका है जो प्रक्रिया के शुरुआती चरण में चोट के स्थान पर तेजी से पहुँचती है।

यह साबित करने के लिए कि S100A9 वास्तव में नुकसान पहुँचा रहा है न कि केवल एक दर्शक (बाइस्टैंडर) है, टीम ने इसे रोकने के लिए दो अलग-अलग रणनीतियों का परीक्षण किया। पहले दृष्टिकोण में, उन्होंने चूहों में एक विशेष एंटीबॉडी इंजेक्ट की जिसे S100A9 को बेअसर करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, जिससे प्रभावी रूप से इसके कार्य करने की क्षमता बाधित हो गई। दूसरे दृष्टिकोण में, उन्होंने उन चूहों का उपयोग किया जिन्हें आनुवंशिक रूप से उस जीन की कमी के लिए इंजीनियर किया गया था जो S100A9 का उत्पादन करता है। दोनों विधियों ने समान उत्साहजनक परिणाम दिए: लीवर की क्षति काफी कम हो गई। जिन चूहों को अवरोधक एंटीबॉडी प्राप्त हुई थी या जिनमें प्रोटीन की कमी थी, उनमें नियंत्रण चूहों की तुलना में कम सूजन, कम मृत कोशिकाएं और रक्त में हानिकारक सूजन संबंधी रसायनों का निम्न स्तर देखा गया। इसने पुख्ता सबूत दिए कि S100A9 वास्तव में चोट का एक कार्यात्मक चालक (functional driver) है, न कि केवल इसका एक लक्षण।

अध्ययन फिर इस क्षति के पीछे के तंत्र को समझने के लिए कोशिकीय स्तर पर चला गया। शोधकर्ताओं ने चूहे की लीवर कोशिकाओं को ऐसी स्थिति के संपर्क में रखा जो सर्जरी के दौरान देखी जाने वाली ऑक्सीजन और ग्लूकोज की कमी की नकल करती है, जिसके बाद सामान्य स्थितियों की वापसी हुई। जब उन्होंने इन तनावग्रस्त कोशिकाओं में S100A9 मिलाया, तो कोशिकाओं की मृत्यु दर बढ़ गई, जिससे पुष्टि हुई कि प्रोटीन सीधे कोशिका मृत्यु को बदतर बनाता है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि उन्होंने खोजा कि प्रोटीन कोशिकाओं को आगे क्या करने का निर्देश दे रहा था। S100A9 के संपर्क में आने के बाद कोशिकाओं की आनुवंशिक गतिविधि का विश्लेषण करके, उन्होंने पाया कि कोशिकाएं CCL2 नामक एक रासायनिक संकेत का बड़ी मात्रा में उत्पादन करने लगीं। यह रसायन एक 'होमिंग बीकन' के रूप में कार्य करता है, जो विशेष रूप से मैक्रोफेज (macrophages) के रूप में ज्ञात प्रतिरक्षा कोशिकाओं को आकर्षित करने के लिए बनाया गया है।

टीम ने इस संबंध को यह दिखाकर सत्यापित किया कि जब लीवर कोशिकाओं के साथ S100A9 का उपचार किया गया, तो उनके आसपास का तरल पदार्थ मैक्रोफेज के लिए बहुत अधिक आकर्षक हो गया, जिससे वे अधिक आक्रामक रूप से आकर्षित हुए। इसके विपरीत, जिन चूहों में S100A9 की कमी थी, वहां लीवर ऊतक ने इस रासायनिक संकेत का बहुत कम उत्पादन किया, और घायल क्षेत्र में बहुत कम मैक्रोफेज जमा हुए। इसने घटनाओं की एक स्पष्ट श्रृंखला का खुलासा किया: प्रारंभिक चोट S100A9 के रिलीज को ट्रिगर करती है, जो फिर जीवित कोशिकाओं को CCL2 उत्पन्न करने के लिए मजबूर करती है, जो बदले में अधिक प्रतिरक्षा कोशिकाओं को बुलाती है जो आगे नुकसान पहुँचाती हैं। शोधकर्ताओं ने आंशिक लीवर हटाने से गुजरने वाले मानव रोगियों को भी देखा। उन्होंने सर्जरी से पहले और बाद में लिए गए रक्त के नमूनों में S100A9 के स्तर को मापा और पाया कि प्रक्रिया के बाद स्तरों में उल्लेखनीय वृद्धि हुई, जो चूहों में देखे गए परिवर्तनों को दर्शाता है। यह सुझाव देता है कि लैब में देखा गया वही जैविक प्रक्रिया मनुष्यों में भी हो रही है।

हालांकि यह अध्ययन S100A9, रासायनिक बीकन CCL2 और हानिकारक प्रतिरक्षा कोशिकाओं के आगमन के बीच एक मजबूत संबंध स्थापित करता है, लेखक नोट करते हैं कि उन्होंने अभी तक यह सिद्ध नहीं किया है कि इस विशिष्ट कड़ी को रोकना चोट को रोकने का एकमात्र तरीका है। वे सुझाव देते हैं कि S100A9 अन्य मार्गों के माध्यम से भी काम कर सकता है, और प्रोटीन के प्राथमिक स्रोत के रूप में न्यूट्रोफिल की सटीक भूमिका को अभी पूरी तरह से स्पष्ट किया जाना बाकी है। हालांकि, साक्ष्य इतने मजबूत हैं कि यह सुझाव देते हैं कि S100A9 लीवर सर्जरी के बाद होने वाली सूजन संबंधी तूफान में एक प्रमुख खिलाड़ी है। इस प्रोटीन और इसके द्वारा सक्रिय किए गए मार्ग की पहचान करके, शोधकर्ताओं ने उन दवाओं के लिए एक संभावित नए लक्ष्य को रेखांकित किया है जो प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को शांत कर सकती है, जिससे रक्त प्रवाह बहाल होने के बाद के महत्वपूर्ण क्षणों के दौरान लीवर की रक्षा की जा सके। यह कार्य कोई तत्काल उपचार प्रदान नहीं करता है, लेकिन यह रिकवरी प्रक्रिया में एक खतरनाक बाधा का स्पष्ट मानचित्र प्रदान करता है, जो भविष्य के उपचारों की ओर संकेत करता है जो लीवर सर्जरी को रोगियों के लिए सुरक्षित बना सकते हैं।