Как иммунная система наблюдает за мозгом
Ученые давно ломают голову над тем, как иммунная система наблюдает за мозгом, когда гематоэнцефалический барьер препятствует проникновению иммунных клеток.
В результате исследования были выявлены пограничные «контрольные точки», где иммунная система отслеживает выход жидкости из мозга на предмет признаков инфекции.
Очередное открытие дает новые возможности для лечения заболеваний головного мозга, к примеру, таких как рассеянный склероз (РС).
Любой медицинский студент знает, что центральная нервная система обладает «иммунными привилегиями». Это означает, что в некоторой степени иммунная система допускает присутствие чужеродных белков или антигенов и тканей в головном и спинном мозге.
Иммунная система не может реагировать должным образом на инфекции, травмы или опухоли в головном и спинном мозге, потому что гематоэнцефалический барьер предотвращает проникновение или выход иммунных клеток.
Несмотря на это, ученые знают, что воспаление играет важную роль во многих неврологических и психических заболеваниях, включая болезнь Альцгеймера, РС, аутизм и шизофрению.
Таким образом, остается вопрос: если нет обмена информацией, тогда как иммунная система реагирует на мозг и влияет на него в таком широком диапазоне состояний?
Группа ученых во главе с Медицинской школой Вашингтонского университета в Сент-Луисе, штат Миссури, обнаружила, что иммунные клетки располагаются в твердой мозговой оболочке, которая представляет собой жесткую внешнюю мембрану мозга.
С этой точки зрения они контролируют отток спинномозговой жидкости из головного мозга. Если они обнаружат молекулярные визитные карточки инфекции, рака или травмы, у них может возникнуть иммунный ответ.
Исследование опубликовано в журнале Cell.
Иммунная система и мозг
«Каждый орган в организме контролируется иммунной системой», — говорит ведущий автор доктор Джонатан Кипнис, Алан А. и Эдит Л. Вольф, заслуженный профессор патологии и иммунологии.
Он объясняет:
«Если есть опухоль, травма или инфекция в любом месте тела, иммунная система должна знать об этом. Но все говорят, что исключение составляет мозг. Если у вас проблемы с мозгом, иммунная система просто позволяет этому случиться. Для меня это никогда не имело смысла. Мы обнаружили, что действительно существует иммунный надзор за мозгом — это просто происходит вне мозга».
В 2015 году исследование на мышах выявило сеть сосудов в твердой мозговой оболочке, которая отводит спинномозговую жидкость из мозга в лимфатические узлы на шее. Также в 2015 году исследование, проведенное доктором Кипнисом, зафиксировало аналогичные результаты как у мышей, так и у людей.
Лимфатические узлы являются частью обширной сети сосудов, заполненных жидкостью, известной как лимфатическая система. Скопление патогенов в лимфатических узлах может привести к возникновению иммунного ответа.
Это предполагало более тесную связь между мозгом и иммунной системой, чем считалось ранее. Однако оставалось неясным, где именно и как иммунные клетки наблюдают за содержимым спинномозговой жидкости, когда она вытекает из мозга.
Доктор Кипнис и его коллеги знали, что лимфатические сосуды, несущие жидкость из головного мозга, проходят рядом с заполненными кровью полостями или пазухами твердой мозговой оболочки.
Важно отметить, что стенки этих носовых пазух более проницаемы, чем кровеносные сосуды гематоэнцефалического барьера.
Следуя этой подсказке, ученые в своих экспериментах показали, что небольшие молекулы мозга и иммунных клеток накапливаются в носовых пазухах.
Некоторые из клеток, известные как антигенпрезентирующие клетки, в том числе дендритные клетки, улавливают подозрительные молекулы и представляют их другим иммунным клеткам, называемым Т-клетками, которые патрулируют тело в кровотоке.
Когда они связываются с этими подозрительными молекулами, Т-клетки могут инициировать иммунный ответ.
Особый статус
Доктор Джастин Рустенховен, постдокторант и первый автор новой статьи, говорит, что мозг должен быть защищен от всей силы иммунной системы.
«Иммунная активность мозга может быть очень пагубной», — говорит он. «Она может убить нейроны и вызвать отек. Мозг не выносит большого отека, потому что череп имеет фиксированный объем. Таким образом, иммунный надзор доведен до границ, где клетки все еще могут контролировать мозг, но не рискуют его повредить».
Доктор Кипнис использует метафору, чтобы объяснить, как иммунные клетки в синусах твердой мозговой оболочки контролируют содержание спинномозговой жидкости на предмет незнакомых белков или антигенов:
«Представьте, будто ваши соседи каждый день перебирают ваш мусор. Если они находят в вашем мусоре окровавленные полотенца, они понимают, что что-то не так. То же самое и с иммунной системой. Если патрулирующие иммунные клетки обнаруживают опухолевые антигены или признаки инфекции в головном мозге, тогда клетки понимают, что в мозге есть проблема. Они доставят эти доказательства в центр иммунной системы, то есть в лимфатические узлы, и уже оттуда инициируют иммунный ответ».
Полученные данные открывают многообещающие возможности для лечения заболеваний мозга, связанных с аутоиммунными атаками на ткани.
Например, при РС иммунная система разрушает миелиновую оболочку, которая представляет собой изолирующий жировой материал, защищающий нервные клетки.
Будущие методы лечения могут быть нацелены на иммунные клетки в пазухах твердой мозговой оболочки, чтобы помешать им инициировать определенные иммунные реакции в головном мозге.
«Теперь, когда мы знаем, где это происходит, это открывает множество новых возможностей для модуляции иммунной системы», — говорит доктор Кипнис.
