免疫系统就像是感官系统一样,帮助大脑监测身体周围环境中的微生物。以下是简单介绍,如有纰漏,还请指正。
最新一期的《科学美国人》提到了作者Jonathan Kipnis是弗吉尼亚大学医学院脑免疫学和神经胶质研究中心主任。他的研究重点是神经系统和免疫系统之间的相互作用。
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看了上面的介绍是不是觉得有点中医的味道?在西方解剖医学领域里,人们一直认为大脑和免疫系统这两个最复杂的系统,是彻底隔离的。
大脑主要负责身体的运作,免疫系统负责保护身体。这两个系统在健康身体内部泾渭分明,河水不犯井水。唯一的例外就是生病或者创伤后,免疫细胞才会进入大脑。
但是最近几年的研究就表明,免疫系统除了帮助受伤的大脑之外,还可以帮助身体监测、检查身体内外的微生物,并报告给大脑。这种监测和报告过程,就像是我们的眼睛和耳朵起的作用一样。Jonathan Kipniss说,这两个系统盘根错节、紧密相连(entwined)。
长期以来,人们认为大脑和密切参与大脑运作的免疫系统是彼此分离的。
——Jonathan Kipnis
对神经免疫学的深入研究,将会有益于人们更好的理解和治疗神经系统疾病。例如帕金森综合症。由于血脑屏障的存在,大多数的药物无法穿透血脑屏障而进入大脑。研究免疫学的机理、生产出相关的靶向药相当的诱人。
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大脑和脊髓、颅内神经构成的中枢神经系统(CNS)控制着身体的功能,而这一系统的基本单元,是由1000亿个突触相连而成神经元和分布其中的神经胶质共同构成。基质细胞、内皮细胞构成了血脑屏障的血管。
免疫系统中的先天免疫系统进行快速检测并派遣部队,让白细胞聚集在感染部分、引发肿胀、限制并破坏病原体。适应性免疫系统由T淋巴细胞和B淋巴细胞组成,它们识别特定病原体并进行针对性攻击。
99%的免疫细胞不会攻击自身的细胞和蛋白质,但是,有1%人的免系统会失去控制,进而引起自身免疫疾病。免疫系统区分自身机体的机制充满了智慧,它们调节身体组织,帮助机体平衡(来自外部和内部)的侵犯行为。
那么,大脑是否具有这种免疫平衡呢?答案是否定的。
血脑屏障致使免疫细胞很难进入大脑,只有极少数的病理情况下,大脑会允许免疫细胞进入中枢神经系统,并对神经元发动战争。有研究表明,免疫系统有问题的患者,其中枢神经系统会出现并发症。
血脑屏障
血脑屏障能够阻止某些物质进入大脑,同时又向大脑供应血液。血脑屏障的内皮细胞紧密堆积在一起,阻断许多物质(包括外周免疫细胞)进入薄壁组织。星形胶质细胞和基底膜的结构增强了屏障。
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以色列魏茨曼科学研究所的Michal Schwartz在上世纪90年代末进行的实验表明:中枢神经系统损伤导致的免疫细胞损失,会恶化神经元和脑的功能,而提高免疫反应会提高神经元的存活。这表明,免疫细胞是在帮助神经元,而不是伤害神经元。
中枢神经系统受伤后,免疫系统诱发炎症反应,释放有毒物质,消除病原体,在某些情况下,移除受损的细胞,从而恢复平衡。炎症反应是一个生硬的工具,带走坏细胞的同时,也会连同带走好细胞。不过中枢神经组织的生长能力有限,这意味着,免疫反应造成的中枢神经损伤通常是永久性的。因此,对中枢神经细胞的干预往往得不偿失。
作者最近的研究发现,小鼠接触到天敌气味后会产生紧张感,并产生即时的应激反应,而不是躲在一个迷宫探索它。在90%的情况下,应激反应会在几个小时或几天内褪去。但其他10%的小鼠,会出现PTSD的状况。
有趣的是,缺乏适应性免疫的小鼠的PTSD的发病率比正常的免疫系统小鼠高几倍。这些结果提首次表明:免疫系统对大脑的支持,不仅发生在感染和损伤期间,也会发生在心理压力期间。此外,还有一些证据显示了人类的免疫系统与PTSD有联系。
记忆任务中的表现不佳。实验表明,缺乏适应性免疫的小鼠,不仅有空间学习记忆受损的行为,其社会行为也受到了损害,他们宁愿花时间和无生命的客体在一起,也不愿意和另一个小鼠在一起。
作者还发现,缺乏适应性免疫的小鼠在空间学习和4
那么,免疫系统如何在中枢神经系统中发挥作用的呢?
线索来自一种被称为细胞因子的蛋白质,这些细胞是由免疫细胞生成,并影响着其他细胞的行为。外周免疫细胞重新释放的细胞因子可以影响大脑——他们通过缺乏正常血脑屏障的脑区进入大脑,并通过迷走神经直接影响大脑。迷走神经是链接大脑和腹脑的神经组织。
那么,这些免疫细胞是如何进入脑膜,如何循环、并产生细胞因子的呢?