大脑因为有独特的保护机制,所以可以抵御入侵的细菌和病毒,但是这种防御机制长期以来一直是个谜。现在,一项新研究表明,大脑在保护方面具有令人惊讶的盟友:肠道。
这一发现公布在Nature杂志上,由英国剑桥大学和美国国立卫生研究院的科学家领导完成。
可以说,大脑是人体中最重要的器官,因为它控制着大多数其他人体系统,并且能够进行推理,智力和情感。人类已经开发出各种保护措施来防止对大脑的物理伤害:它位于坚固的头骨中,并包裹在三层称为脑膜的防水组织中。
但是一直以来,科学家们都不清楚机体如何保护大脑免受感染的。在人体的其他地方,如果细菌或病毒进入血液,我们的免疫系统就会启动,免疫细胞和针对并消除入侵者的抗体就会出现。但是,脑膜形成了不可渗透的屏障,阻止了这些免疫细胞进入大脑。
这项最新研究发现,脑膜是分泌浆液的免疫细胞(称为浆细胞)的所在地。这些细胞专门位于脑膜内的大血管旁,使它们能够分泌抗体“卫士”来捍卫大脑周围。当研究人员查看这些细胞产生的抗体的特定类型时,他们惊讶的发现,这些抗体通常是在肠道中发现的类型。
浆细胞衍生自称为B细胞的特定类型免疫细胞。每个B细胞的表面都具有该细胞特有的抗体。如果抗原(触发免疫应答的细菌或病毒的一部分)与该表面抗体结合,则B细胞被激活:它将分裂产生新的后代,后者也识别相同的抗原。
在分裂过程中,B细胞将突变引入抗体基因,改变了一个氨基酸,其结合特性就略有不同。这些B细胞中的一些将产生能够更好地与病原体结合的抗体,它们就会继续扩增和繁殖;抗体结合力较差的B细胞死亡。这有助于确保身体产生最佳抗体,靶向和破坏特定抗原。
通常,在血液中发现的抗体是一种称为免疫球蛋白G(IgG)的蛋白,在脾脏和骨髓中产生。但是,在脑膜中发现的抗体是免疫球蛋白A(IgA),通常在肠道内膜或鼻子、肺部内膜中生成,这些抗体可保护粘膜表面以及与外界环境接触的表面。
研究团队对肠道和脑膜的B细胞和浆细胞中的抗体基因进行测序,证明它们之间是相关的。换句话说,最终进入脑膜的细胞是已经在肠道中选择性扩增的细胞,在那里它们已经识别出特定的病原体。
领导这一研究的剑桥大学Menna Clatworthy教授说:“我们揭开了大脑保护自己免受脑膜之外感染的确切方法,但是发现肠道中重要的防御线,这真是令人惊讶。”
“但是,实际上,这是完全有道理的:即使轻微地破坏肠道屏障也会使病原体进入血液,如果它们能够扩散到大脑中,则会造成毁灭性后果。”
这项研究采用了小鼠,小鼠通常被用来研究生理学,因为它们具有许多与人体相似的特征。研究表明,当小鼠的肠道中没有细菌时,脑膜中就不会存在产生IgA的细胞,这表明这些细胞实际上起源于肠道,在那里它们被选中,识别肠道微生物,然后再留在脑膜中。当研究人员去除脑膜中的浆细胞时,就没有IgA捕获病原体了,微生物就能够从血液中扩散到大脑中。
该团队通过分析在手术期间取出的样本证实了人类脑膜中IgA细胞的存在,表明该防御系统可能在保护人类免受中枢神经系统(脑膜炎和脑炎)的感染中发挥了重要作用。
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