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《自然》:保护大脑要看肠道!科学家首次发现,肠道将训练好的免疫B细胞送到大脑,防止肠菌入血伤害大脑丨科学大发现

来源:奇点网日期:2020-11-21
  核心提示:《自然》:保护大脑要看肠道!科学家首次发现,肠道将训练好的免疫B细胞送到大脑,防止肠菌入血伤害大脑丨科学大发现

英语中有个词,叫做guts feeling。第一次得知这个词的意思是指“直觉”的时候,奇点糕不由得感叹,这和咱们中文里的“用脚趾头想想”,还真是有些异曲同工之妙。

虽然脚趾头实在是不会想想,gut倒真的与大脑有着千丝万缕的联系,比如屡次在奇点文章中出现的肠脑轴。

近期,剑桥大学和NIH的科学家们又发现了一个肠道和大脑之前的有趣关联,大脑脑膜上的免疫守卫B细胞,竟然是肠道不远万里派遣来的,是它们阻止了血液中的微生物侵入大脑。这项研究发表在《自然》杂志上[1]。

图源 | hopkinsmedicine.org
一直以来,包括大脑在内的中枢神经系统都被认为没啥免疫功能,不过近年来的研究显示,其实在脑膜上存在能够防御病原体的免疫细胞,而且种类也不差,包括T细胞、树突细胞、肥大细胞、脑膜巨噬细胞等等。

不过科学界对这些免疫细胞的研究主要集中在细胞免疫上,讨论体液免疫的还真不多。

当研究者们尝试分析脑膜上免疫细胞产生的抗体的时候,他们发现了一个奇怪的现象——这些抗体,竟然是IgA,也就是通常存在于肠道的抗体!我们知道,抗体分为不同的类型,血液中最常见的是IgG,而脑膜中发现的IgA,普遍存在于肠道内膜以及呼吸道黏膜。

更奇怪的是,脑膜内的IgA,竟然还真的受到肠菌的调控。

因为肠道中表达IgA的B细胞就依赖于微生物,所以研究者尝试用抗生素影响了小鼠的肠菌组成,观察脑膜B细胞是否会受到影响。结果在口服抗生素治疗六周以后,小鼠脑膜中的IgA+B细胞真的显著减少了,无菌小鼠的脑膜中则几乎完全没有IgA+B细胞。通过移植重新建立菌群之后,无菌小鼠也获得了脑膜IgA+B细胞,脑膜IgA的表达也正常了。

无菌小鼠几乎不存在IgA
另外有趣的是,移植肠菌的不同使得表达的IgA也有所不同,这说明肠道微生物组的性质可以改变脑膜B细胞和抗体的特征。

那么这些B细胞会是肠道派过来的吗?

研究者对实验动物的脑膜和肠道中的B细胞受体(BCR)进行了测序对比,发现21.5%的脑膜克隆与小肠克隆有关,二者存在共同起源。显然,至少有相当一部分的脑膜B细胞是来自肠道的。

脑膜与肠道中抗体的谱系分析
在肠道中,IgA对维持屏障完整性非常重要,它可以将病原体“围困”在黏液层中,让它们远离上皮细胞。此外,在针对细菌、病毒和真菌的免疫活动发生后,IgA也能够起到保护作用。

而脑膜中的IgA+B细胞则主要聚集在硬脑膜静脉窦附近,所以研究者们猜测这些IgA可能构成了窦旁屏障的一部分,阻止静脉中的病原体向中枢神经系统散播。

 

可见IgA出现比较集中
研究者们向小鼠静脉注射了白色念珠菌,发现小鼠硬脑膜静脉窦壁IgA+B细胞出现了明显的扩增,也能够观察到真菌被捕获。当研究者特异性减少了小鼠的脑膜B细胞,小鼠脑组织中的真菌负荷明显增加,小鼠死亡率也上升了。

本研究的通讯作者,剑桥大学的Menna Clatworthy教授也对这个发现有些惊讶,表示大脑的免疫已经不再神秘,但发现这道防御线竟然来自肠道仍然是很惊奇的。同时他也认为这很合理,毕竟肠道屏障的轻微破坏就会导致病原体进入血液,如果这些病原体进入大脑就会带来毁灭性的后果。通过识别肠道微生物的确能够确保防御最可能的入侵者。

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