Мозг, возможно, является самым важным органом в организме, поскольку он контролирует большинство других систем организма и позволяет рассуждать, интеллект и эмоции. Люди разработали ряд защитных мер для предотвращения физического повреждения мозга: он находится в твердом костном футляре – черепе – и обернут тремя слоями водонепроницаемой ткани, известной как мозговые оболочки.
Менее ясно, как организм защищает мозг от инфекции. В другом месте тела, если бактерии или вирусы попадают в кровоток, срабатывает наша иммунная система с иммунными клетками и антителами, которые нацелены и уничтожают захватчика.
Однако мозговые оболочки образуют непроницаемый барьер, препятствующий проникновению этих иммунных клеток в мозг.
В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature, группа ученых под руководством ученых из Кембриджского университета, Великобритания, и Национального института здравоохранения США, обнаружила, что мозговые оболочки являются домом для иммунных клеток, известных как плазматические клетки, которые секретируют антитела. Эти клетки специально расположены рядом с крупными кровеносными сосудами, проходящими внутри мозговых оболочек, что позволяет им выделять свои антитела-«охранники» для защиты периметра мозга. Когда исследователи посмотрели на конкретный тип антител, вырабатываемых этими клетками, они были удивлены – наблюдаемые ими антитела обычно находятся в кишечнике.
Плазматические клетки происходят из определенного типа иммунных клеток, известных как В-клетки. Каждая В-клетка имеет на своей поверхности антитело, уникальное для этой клетки.
Если антиген (часть бактерии или вируса, которая вызывает иммунный ответ) связывается с этим поверхностным антителом, В-клетка активируется: она будет делиться, чтобы произвести новое потомство, которое также распознает тот же антиген.
Во время деления В-клетка вносит мутацию в ген антитела, так что одна аминокислота изменяется, а ее связывающие характеристики немного отличаются. Некоторые из этих В-клеток теперь будут вырабатывать антитела, которые улучшают связывание с патогеном – они продолжают разрастаться и размножаться; В-клетки, антитела которых хуже связываются, отмирают.
Это помогает гарантировать, что организм вырабатывает лучшие антитела для нацеливания и уничтожения определенных антигенов.
Обычно антитела, обнаруживаемые в крови, представляют собой тип, известный как иммуноглобулин G (IgG), который вырабатывается в селезенке и костном мозге – эти антитела защищают внутреннюю часть тела. Однако антитела, обнаруженные в мозговых оболочках, представляли собой иммуноглобулин А (IgA), которые обычно вырабатываются в слизистой оболочке кишечника или слизистой оболочки носа или легких – они защищают поверхности слизистой оболочки, поверхности, которые взаимодействуют с внешней средой.
Команда смогла секвенировать гены антител в В-клетках и плазматических клетках кишечника и мозговых оболочек и показать, что они связаны между собой.
Другими словами, клетки, которые попадают в мозговые оболочки, – это клетки, которые избирательно разрослись в кишечнике, где они распознали определенные патогены.
«Точный способ, которым мозг защищает себя от инфекции за пределами физического барьера мозговых оболочек, был чем-то вроде загадки, но обнаружение того, что важная линия защиты начинается в кишечнике, было большим сюрпризом», – сказал ведущий ученый. Профессор Менна Клатуорти с кафедры медицины и CITIID Кембриджского университета и Института Wellcome Sanger.
"Но на самом деле это имеет смысл: даже незначительное нарушение кишечного барьера позволит клопам попасть в кровоток с разрушительными последствиями, если они смогут распространиться в мозг.
Посев мозговых оболочек антителопродуцирующими клетками, выбранными для распознавания кишечных микробов, обеспечивает защиту от наиболее вероятных захватчиков."
Команда сделала открытие, используя мышей, которых обычно используют для изучения физиологии, поскольку они обладают многими характеристиками, аналогичными тем, которые обнаруживаются в организме человека.
Они показали, что, когда у мышей не было бактерий в кишечнике, IgA-продуцирующие клетки в мозговых оболочках отсутствовали, показывая, что эти клетки фактически происходят в кишечнике, где они отбираются для распознавания кишечных микробов, прежде чем поселиться в мозговых оболочках. Когда исследователи удалили плазматические клетки в мозговых оболочках – и, следовательно, в них не было IgA для улавливания насекомых – микробы смогли распространиться из кровотока в мозг.
Команда подтвердила присутствие клеток IgA в мозговых оболочках человека, проанализировав образцы, которые были взяты во время операции, показав, что эта защитная система, вероятно, будет играть важную роль в защите людей от инфекций центральной нервной системы – менингита и энцефалита.